摘要：提出一種HART智能壓力變送器的檢測(cè)方法，該方法只需用一套壓力控制器就可以完成壓力變送器的調(diào)整工作和檢定工作。通過(guò)壓力控制器和上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定壓力變送器，自動(dòng)計(jì)算各檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而提高工作效率。
引言
壓力變送器是工業(yè)過(guò)程檢測(cè)和控制的基礎(chǔ)儀器之一。隨著DCS系統(tǒng)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用，壓力變送器發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、智能化、高精度和高適應(yīng)性[1]。相比常規(guī)變送器，智能變送器具有更強(qiáng)的功能、更好的性能，#常見(jiàn)的一類(lèi)智能變送器是采用HART通訊協(xié)議。HART全稱為HighwayAddressableRemoteTransducer，意思是“高速鏈路可尋址遠(yuǎn)程變換器”。
HART協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)儀表在原有的4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)上疊加數(shù)字信號(hào)，在不中斷過(guò)程信號(hào)的情況下，在同一模擬回路上同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信，給操作使用帶來(lái)了極大方便。正因?yàn)槿绱�，HART智能變送器的檢測(cè)工作也會(huì)比普通變送器多了一步調(diào)整工作。
1、HART智能變送器的工作原理
HART智能變送器除了純機(jī)械和電路之外，還有微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算操作。如圖1所示，HART智能變送器可以分為三個(gè)部分，每一個(gè)部分都可以單好進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。
地衣個(gè)方框?yàn)樽兯推鞯妮斎雺K。變送器對(duì)物理量PV（如溫度、壓力或流量）進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)廠家的數(shù)值表或某種形式的方程將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，地衣方框的輸出就是過(guò)程變量的數(shù)值（PV）。第二個(gè)方框?yàn)樽兯推鞯霓D(zhuǎn)換塊。轉(zhuǎn)換塊是將過(guò)程量按照嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換為毫安表示，可由變送器的量程值（零點(diǎn)和滿度值）結(jié)合轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算得到。轉(zhuǎn)換函數(shù)中線性轉(zhuǎn)換函數(shù)#常見(jiàn)，但在壓力變送器中，往往還提供方根轉(zhuǎn)換關(guān)系，某些特殊的變送器還可能實(shí)現(xiàn)一些常見(jiàn)的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)換或者用戶自定義數(shù)值映射表。第二個(gè)方框的輸出是變送器輸出回路電流值的一個(gè)數(shù)值（PVAO）。第三個(gè)方框是變送器的輸出塊。輸出塊是將第二個(gè)方框計(jì)算出的輸出數(shù)值（PVAO）利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生實(shí)際的4~20mA模擬電流輸出。在此過(guò)程中，微處理器必須依靠一些內(nèi)部校準(zhǔn)因素來(lái)得到正確的輸出。
2、壓力控制器的HART自動(dòng)調(diào)整模式
HART智能壓力變送器的傳統(tǒng)調(diào)整方法需要配置壓力標(biāo)準(zhǔn)器、直流電流表、HART手操器、250Ω電阻等，連接過(guò)程比較繁瑣，標(biāo)準(zhǔn)器和手操器直接不能自動(dòng)交互，數(shù)據(jù)都需要人工讀取并錄入，效率低，且存在人為誤差的隱患。智能壓力控制器的自動(dòng)調(diào)整模式，解決了上述問(wèn)題，從軟件層面實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)器和手操器功能的自動(dòng)交互，大幅提高工作效率，其特點(diǎn)如下：針對(duì)不同變送器產(chǎn)品HART功能菜單位置不一致的情況，該模式將檢測(cè)用指令統(tǒng)一提取出來(lái)，并重新分類(lèi)，放置在統(tǒng)一的位置，形成不同的變送器均為一致的操作菜單的方式，操作更便捷，免除HART設(shè)備多樣性帶來(lái)的功能反復(fù)查找的煩惱。不同生產(chǎn)企業(yè)的HART設(shè)備，均轉(zhuǎn)換為全中文觸控式操作，界面更友好。具有便利、高效、自動(dòng)化的交互操作，一鍵完成調(diào)整，協(xié)助工作人員輕松完成日常維護(hù)工作。壓力控制器的HART功能具有強(qiáng)大的兼容性，可使用U盤(pán)或網(wǎng)絡(luò)即可完成升級(jí)，支持常見(jiàn)及#新的HART智能壓力變送器。
3HART智能壓力變送器的調(diào)整工作
HART智能壓力變送器在檢測(cè)之前需要對(duì)輸入塊和輸出塊進(jìn)行調(diào)整，我們將PV值的調(diào)整稱為傳感器調(diào)整；將PVAO值的調(diào)整稱為電流輸出調(diào)整。下面我們介紹一下使用壓力控制器對(duì)壓力變送器進(jìn)行調(diào)整。shou先將壓力變送器與壓力控制器進(jìn)行連接，進(jìn)入壓力控制器的HART應(yīng)用界面進(jìn)行搜索設(shè)備，成功后便可以進(jìn)行調(diào)整工作[2]。
電流調(diào)整的主要內(nèi)容如下：通過(guò)調(diào)整變送器的電流輸出環(huán)節(jié)的比例系數(shù)，使變送器的AO數(shù)值同實(shí)際輸出的環(huán)路電流一致；提供零點(diǎn)（4mA）和滿度點(diǎn)（20mA）的調(diào)整：進(jìn)入調(diào)整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設(shè)置變送器為零點(diǎn)或滿度點(diǎn)輸出；可以使用數(shù)字鍵盤(pán)輸入環(huán)路電流測(cè)量值，輸入范圍為4~20mA，或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測(cè)量值寫(xiě)入數(shù)字鍵盤(pán)。確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤(pán)上的數(shù)值對(duì)零點(diǎn)或滿度點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。
傳感器調(diào)整的主要內(nèi)容如下：通過(guò)調(diào)整變送器的PV值，使變送器的PV值同實(shí)際輸出的壓力值一致；提供低端（PV量程下限）和高端（PV量程上限）調(diào)整：進(jìn)入調(diào)整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設(shè)置控制器輸出PV量程下限或上限的壓力值，也可以點(diǎn)擊控制器輸出值圖標(biāo)，在彈出的窗口里改變輸出壓力值；可以使用數(shù)字鍵盤(pán)輸入壓力測(cè)量值，或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測(cè)量值寫(xiě)入數(shù)字鍵盤(pán)；確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤(pán)上的數(shù)值對(duì)PV值進(jìn)行調(diào)整[3]。
用于變送器的溫度補(bǔ)償?shù)闹饕獌?nèi)容如下：常溫下讀取零位數(shù)據(jù)，先不加壓，待溫度、壓力穩(wěn)定后，在軟件界面上填零取位值；常溫下讀取滿量程數(shù)據(jù)，升至傳感器滿量程壓力，在軟件界面上填取正量程值；升溫至需要溫度，先不加壓，待溫度、壓力穩(wěn)定后，在軟件界面上填高溫零取位值；升至傳感器滿量程壓力，重復(fù)步驟2，在軟件界面上填取高溫正量程值；將溫度調(diào)至低溫，重復(fù)步驟3相同操作；三組溫度數(shù)據(jù)界面上填好后，點(diǎn)“溫度補(bǔ)償”按鈕，完成變送器的溫度補(bǔ)償。倘若無(wú)低溫設(shè)備，無(wú)法完成上述低溫補(bǔ)償，可在取好高溫和常溫?cái)?shù)據(jù)后點(diǎn)“計(jì)算低溫”按鈕，軟件將會(huì)根據(jù)高溫和常溫?cái)?shù)據(jù)，按高溫和常溫變化量的1/2線性變化推出低溫?cái)?shù)據(jù)[4-5]。
在HART功能診斷界面可以完成電流環(huán)測(cè)試、壓力清零、電流調(diào)整和傳感器調(diào)整。以調(diào)整一個(gè)0~1.6MPa的HART智能壓力變送器的零點(diǎn)為例，選擇電流調(diào)整的零點(diǎn)調(diào)整，自動(dòng)獲取實(shí)際環(huán)路電流值4.0092，點(diǎn)擊確認(rèn)即可完成調(diào)整工作，如圖2所示。其他調(diào)整項(xiàng)目也可以利用類(lèi)似的方法輕松完成工作。操作成功后一定要返回查看是否修改成功，有的變送器在調(diào)整一次后仍然會(huì)存在偏差，我們可以采取二次調(diào)整的方法來(lái)達(dá)到理想的狀態(tài)。
4HART智能壓力變送器的檢定工作
4.1壓力變送器的檢定
調(diào)整完成后的壓力變送器就可以按照壓力變送器檢定規(guī)程的要求進(jìn)行檢定。shou先我們根據(jù)壓力變送器的量程選擇合適的壓力標(biāo)準(zhǔn)模塊，然后將壓力變送器安裝在壓力連接臺(tái)上，將變送器輸出正負(fù)極分別接在壓力控制器的24V插孔和電流測(cè)量插孔中，如圖3所示。準(zhǔn)備工作完畢后，利用上位機(jī)軟件新建一個(gè)壓力變送器檢定程序，輸入壓力變送器的量程、準(zhǔn)確度等基本參數(shù)，上位機(jī)軟件通過(guò)控制指令控制壓力控制器平穩(wěn)地輸出壓力信號(hào)到各檢定點(diǎn)，讀取并記錄壓力變送器的電流信號(hào)輸出直至上限；然后反方向平穩(wěn)改變壓力信號(hào)到各檢定點(diǎn)，讀取并記錄輸出值直至下限，如此完成一個(gè)循環(huán)。
4.2檢定數(shù)據(jù)的處理
通過(guò)上位機(jī)軟件可以方便地對(duì)壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并自動(dòng)生成檢定記錄和檢定證書(shū)。以一臺(tái)0.1級(jí)0~1.6MPa的ROSEMOUNT壓力
變送器為例，檢定數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到軟件后，通過(guò)軟件計(jì)算功能輕松完成壓力變送器示值誤差和回程誤差的計(jì)算，各超差點(diǎn)會(huì)自動(dòng)標(biāo)識(shí)，#終判斷檢定結(jié)果，如下頁(yè)表1所示。表1中：示值誤差的#大允許值：±0.016mA；實(shí)測(cè)值：-0.010mA；回程誤差的#大允許值：0.016mA；實(shí)測(cè)值為0.013mA；絕緣電阻：合格；絕緣強(qiáng)度：合格；外觀合格。
4.3檢定過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)
目前智能壓力變送器的準(zhǔn)確度越來(lái)越高，#高準(zhǔn)確度已達(dá)0.05級(jí)，一些錯(cuò)誤的操作很容易引起檢定結(jié)果超差。在選擇性能指標(biāo)優(yōu)異的壓力控制器檢定高精度壓力變送器時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
1）準(zhǔn)確度等級(jí)滿足規(guī)程要求，壓力控制器綜合不確定度滿足被檢壓力變送器的1/3或1/4的要求。
2）環(huán)境溫度對(duì)高精度壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)也會(huì)造成較大的影響，因此要求被檢變送器送達(dá)實(shí)驗(yàn)室后必須在檢定條件下放置2h，達(dá)到溫度平衡后再進(jìn)行檢定。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度也應(yīng)保持在規(guī)程允許的范圍內(nèi)。
3）將壓力控制器的控制穩(wěn)定性指標(biāo)設(shè)定在一個(gè)較高的值，如壓力穩(wěn)定條件設(shè)置為0.003%FS。
4）超調(diào)量盡量小，可適當(dāng)調(diào)低控制器控壓速度，保證檢定過(guò)程中升壓和降壓過(guò)程平穩(wěn)，準(zhǔn)確記錄檢定數(shù)據(jù)。
5）在檢定一些較大體積的壓力變送器時(shí)，需要使用壓力連接管，應(yīng)盡量保證標(biāo)準(zhǔn)器的感壓點(diǎn)高度和被檢壓力變送器感壓點(diǎn)在同一水平面上，否則就需要對(duì)液柱進(jìn)行修正，此時(shí)要注意修正值的正負(fù)，錯(cuò)誤的修正會(huì)引入更大的誤差。
6）部分變送器存在阻尼設(shè)置，讀數(shù)時(shí)需要先將壓力變送器的阻尼調(diào)整為零，或等待壓力變送器穩(wěn)定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
5結(jié)語(yǔ)
這種HART智能壓力變送器檢測(cè)方法的應(yīng)用，無(wú)論在準(zhǔn)確度還是自動(dòng)化程度方面都是傳統(tǒng)方法不可比擬的。該方法只需一套設(shè)備就解決了HART智能壓力變送器所有的檢測(cè)問(wèn)題，wuxu任何其他輔助設(shè)備。基于壓力控制器和上位機(jī)壓力自動(dòng)檢定系統(tǒng)的的檢測(cè)方法不僅完全滿檢定規(guī)程的要求，而且可以自動(dòng)記錄和處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，大大縮短檢測(cè)時(shí)間，特別適合于實(shí)驗(yàn)室周期性、大批量的HART智能壓力變送器的檢測(cè)工作。
關(guān)注我們 實(shí)現(xiàn)共贏