各類工業(yè)測量的變送器原理簡單了解及其常見故障解決方案

    　引言
　　工業(yè)現(xiàn)場測量中傳感器和變送送器是兩個經(jīng)常被提到的詞，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，自動化控制的水平和范圍越來越廣，許多物理量的測量、記錄與計算都需要各類自動化儀表，如溫度、壓力、液位、流量、成分等，各種物理量終的輸出都需要有一個統(tǒng)一的記錄標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在常見的就是將這些物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的4—20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，變送器比傳感器的優(yōu)勢在于其在完成非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量后，還能實現(xiàn)信號的放大。社會工業(yè)化的發(fā)展使變送器的應(yīng)用也越來越**，變送器的種類有很多，在工控儀表上和工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著重要作用，主要應(yīng)用的變送器主要有溫度變送器、差壓變送器、流量變送器等等。變送器具有將各類物理量信號標(biāo)準(zhǔn)化、 信號隔離以及方便信號傳輸?shù)榷喾N優(yōu)點，可以保證生產(chǎn)工藝的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性。本文通過對變位器進(jìn)行分類，分析了變送器應(yīng)用中常見故障及應(yīng)對策略，希望能在實際應(yīng)用中保障生產(chǎn)安全。但變送器應(yīng)用中，也出現(xiàn)越來越多的問題，由于安裝及維護(hù)水平較低，變送器出現(xiàn)問題一般會比較棘手，這不僅會影響到生產(chǎn)的正常進(jìn)行，更嚴(yán)重的還會威脅到生產(chǎn)安全。

　　1 變送器的種類及特點
　　1.1 變送器概念
　　變送器主要通過對溫度、壓力、成分等物理量進(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，并對信號進(jìn)行放大，性能比傳感器更加優(yōu)化，是自動控制系統(tǒng)的一個重要組成部分。
　　變送器的分類可以依據(jù)被測物理量的不同分為：一體化溫度變送器、差壓變送器、電容式物位變送器、液位變送器、超聲波變送器；根據(jù)信號標(biāo)準(zhǔn)不同則可以分為：差壓變送器、銻電極酸度變送器、濃度變送器、電導(dǎo)變送器、智能變送器。
　　1.2 差壓變送器
　　差送變壓器的主要組成包括：測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等。其功能主要通過將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)且相對穩(wěn)定的電流電壓信號來實現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)可以給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表提供二次測量數(shù)據(jù)，以完成指示和過程調(diào)節(jié)，差壓變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般差壓變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種。
　　差壓變送器的測量原理為：在集成硅壓力敏感元件的兩端分別施加流程壓力和參考壓力，通過不同壓力之間產(chǎn)生的壓力差使硅片產(chǎn)生很小位移的變形，這種微小的變形足以使硅膠片上的全動態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出mV級電壓信號，這種電壓信號與壓力成正比例關(guān)系。在實際運行中，這種電壓信號會被送入差動式放大器中以完成信號放大，可以產(chǎn)生放大倍數(shù)很高且可以抵消相互間溫度飄逸的電壓信號，放大之后的電壓信號再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電流信號，經(jīng)過非線性校正，可以實現(xiàn)與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號。另外，由于硅材料的強(qiáng)性**，所以輸出信號的線性度及變差指標(biāo)均很高。
　　1.3 智能變送器
　　智能變送器充分利用了微處理器的運算和存儲能力，由傳感器和微處理器相結(jié)合而成。 智能變送器對傳感器數(shù)據(jù)的處理包括：測量信號的調(diào)理、數(shù)據(jù)顯示、自動校正和自動補(bǔ)償?shù)取?br /> 　　智能變送器的關(guān)鍵取決于微處理器的運算和存儲能力，所以微處理器是智能變送器的核心結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，微處理器不僅可以完成數(shù)據(jù)的計算、存儲和處理，還可以實現(xiàn)對傳感器的調(diào)節(jié)，通過反饋回路保證數(shù)據(jù)采集的佳狀態(tài)，因此微處理器大大提高了傳感器的性能，可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務(wù)，智能變送器的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾點：
　?。?）系統(tǒng)自動補(bǔ)償和自我診斷能力。主要通過智能軟件對傳感器的非線性、溫漂、時漂等進(jìn)行自動補(bǔ)償；通電后傳感器自檢，判斷內(nèi)部各部分是否正常。
　　（2）準(zhǔn)確處理并存儲數(shù)據(jù)信息。智能變送器可以根據(jù)內(nèi)部程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動處理，去除異常數(shù)值；同時存儲傳感器的特征數(shù)據(jù)、動態(tài)信息和補(bǔ)償特性等。
　?。?）雙向通信功能。智能送變器的微處理器不僅可以實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的接收和處理，還能及時對信息進(jìn)行反饋，實現(xiàn)對測量過程的調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制。智能變送器可以通過手持終端在控制室對安裝在現(xiàn)場的變送器進(jìn)行遙控調(diào)整。智能變送器零點和量程調(diào)整獨立化，只需一次調(diào)整便可完成。
　　（4）數(shù)字量接口輸出功能。更方便快捷的實現(xiàn)將輸出的數(shù)字信號和計算機(jī)或現(xiàn)場總線等連接。
　　1.4 液位變送器
　　液位變送器可以分為：浮球式液位變送器、浮筒式液位變送器、靜壓式液位變送器。
　　浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。由于一般磁性浮球的比重較?。ㄐ∮?.5），使其可以漂浮于液面之上，并沿測量導(dǎo)管上下移動。在測量導(dǎo)管內(nèi)的測量元件可以在外磁作用下實現(xiàn)被測液位信號與正比于液位變化的電阻信號之間的轉(zhuǎn)化，使電子單元轉(zhuǎn)化成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，該變送器具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點輸出大電流不超28mA，能夠很好的保護(hù)電源并使二次儀表不被損壞。
　　將磁性浮球改為浮筒組成浮筒式液位變送器，浮筒式液位變送器將阿基米德浮力原理應(yīng)用到其中，通過微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來實現(xiàn)液體的液位、界位或密度的測量。靜壓式液位變送器利用液體靜壓力的測量原理，選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，通過放大電力放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的電流方式輸出。
　　1.5 溫度變送器
　　溫度變送器可分為：熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器等。
　　熱電偶溫度變送器的原理：將兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的一端焊接、絞接或粘合而成的測溫元件。這兩根導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極，其焊接端為熱電偶的熱端（工作端或測量端），非焊接端為熱電偶的冷端 （自由端或參考端）。當(dāng)熱端和冷端存在溫差時，冷端將產(chǎn)生一個溫差熱電勢，溫度變送器的功能就是將這個熱電勢的溫度信號轉(zhuǎn)換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號。
　　熱電阻溫度變送器的原理：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度。
　2 變送器應(yīng)用中常見故障分析
　　2.1 差壓變送器應(yīng)用中故障判斷
　　差壓變送器故障判斷一般包括調(diào)查法和直觀法，調(diào)查法包括：故障發(fā)生前的打火、冒煙 、異味、供電變化、潮濕、誤操作和誤維修進(jìn)行全面調(diào)查統(tǒng)計。直觀法包括：查看回路的外部損傷、導(dǎo)壓管的泄漏、回路的過熱、供電開關(guān)狀態(tài)等。具體的故障診斷策略有：
　?。?）斷路檢測：將疑似故障部分獨立出來，逐段判斷故障所在；當(dāng)智能差壓變速器不能正常Hart 遠(yuǎn)程通訊，可以用另加電源的方法為變送器通電進(jìn)行通訊，判斷電纜是否被疊加電磁信號干擾。
　?。?）短路檢測：在安全性有保障的前提下，將相關(guān)部分回路直接短接，若差壓變送器出現(xiàn)輸出值偏小的情況，可將導(dǎo)壓管斷開后，從一次取壓閥外直接將差壓信號直接引到差壓變送器雙側(cè)，觀察變送器輸出，以判斷導(dǎo)壓管路的堵、漏的連通性。
　?。?）替換檢測：*先找出疑似故障部位，將該部分更換，以確定故障發(fā)生具體原因。
　　2.2 電容式變送器故障分析
　　在實際生產(chǎn)過程中， 有些電容式變送器可能會出現(xiàn)輸出為零的現(xiàn)象，這會影響到相關(guān)參數(shù)的測量，該故障是由于傳感器測量膜片或隔離膜片的彈性模量發(fā)生變化而引起的。
　　故障診斷：*先要對生產(chǎn)現(xiàn)場的變送器工作電源進(jìn)行檢查，隨后對壓力室進(jìn)行檢查（包括傳感器和壓蓋），傳感器的隔離膜片后空氣的氣墊作用會使隔離膜片的剛度增加，在壓力傳遞過程中，會由于壓力傳遞失真而導(dǎo)致變送器靈敏度下降，對引壓管進(jìn)行排污處理后測量變送器仍無輸出，可以判斷出由于變送器傳感器長期運行 ， 使測量膜片或隔離膜片的彈性模量產(chǎn)生了變化 ， 因而出現(xiàn)了上述故障。此類故障的處理可以分為以下幾步：①將變送器壓蓋上的四個螺栓和壓蓋拆下，使測量膜片或隔離膜片的彈性模量得到恢復(fù)。②封好壓蓋，注意安裝順序，確保壓力室不泄露。③安裝完畢后，對變送器的輸出性能、精度及線性進(jìn)行校檢。
　　2.3 正、 負(fù)壓側(cè)有泄漏導(dǎo)致指示偏差
　　普通差壓變送器在對液位測量或與流量一次件配合測量時，會出現(xiàn)指示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在一般的測量過程中，設(shè)備的正、負(fù)壓側(cè)的取壓口通常要經(jīng)過一次手閥、隔離罐、三閥組再連接到變送器的正、負(fù)壓側(cè)從而導(dǎo)致過程中的影響因素較多，對于這種情況，我們應(yīng)充分理解變送器的工作原理，熟悉當(dāng)正壓側(cè)手閥、管接頭或平衡閥出現(xiàn)泄漏時，會出現(xiàn)偏低的差壓信號，反之輸出信號會偏高。
　　2.4 溫度變送器常見故障及處理方法
　?。?）熱電偶溫度變送器電勢誤差大
　　原因分析：①熱電極變質(zhì)。②熱電偶的安裝位置與安裝方法不當(dāng)。③熱電偶保護(hù)套管的表面積垢過多。④測量線路短路（熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線）。⑤熱電偶回路斷線。⑥接線柱松動。
　　處理方法：①更換熱電偶。②改變安裝位置與安裝方法。③進(jìn)行清理。④將短路處重新更換絕緣。⑤找到斷線處，并重新連接。⑥擰緊接線柱。
　?。?）熱電偶溫度變送器指示不穩(wěn)定，時有時無，時高時低。
　　原因分析：①熱電極在接線柱處接觸不良。②熱電偶有斷續(xù)短路或斷續(xù)接地現(xiàn)象。③熱電極已斷或似斷非斷。④熱電偶安裝不牢固，發(fā)生擺動。⑤補(bǔ)償導(dǎo)線有接地或斷續(xù)短路現(xiàn)象。
　　處理方法：①重新接好。②將熱電偶的熱電極從保護(hù)管中取出，找出故障點并予以消除。③更換新電極。④安裝牢固。⑤找出熱電偶故障點并予以消除。
　?。?）熱電阻溫度變送器常見故障及處理
　?、偈局灯突虿环€(wěn)?？赡茉颍罕Ｗo(hù)管內(nèi)有金屬屑或灰塵；接線柱間積灰以及熱電阻短路。處理方法：除去金屬屑，清掃灰塵；找出短路點，加好絕緣。
　?、谑局禑o窮大?？赡茉颍簾犭娮杌蛞鼍€斷路。處理方法：更換熱電阻或焊接斷線處及擰緊螺絲。
　?、凼局禑o窮小?？赡茉颍猴@示儀表與熱電阻接線有誤或電阻短路。處理方法：改正接線，找出短路處加好絕緣。
　?、茏柚蹬c溫度的關(guān)系有變化?？赡茉颍簾犭娮璨牧鲜芨g變質(zhì)。處理方法：更換熱電阻。
　　3 結(jié)語
　　在變送器的實際應(yīng)用過程中，影響其工作性能的因素還包括使用環(huán)境、測量介質(zhì)的性質(zhì)、硬件質(zhì)量、及運行維護(hù)等。同時干擾信號也會導(dǎo)致輸出波動，因此要注意變送器的安裝環(huán)境及接地線的連接。同樣的故障，我們在實際分析時要辯證的看待，結(jié)合實際情況對故障進(jìn)行處理。

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