一、測試設(shè)備與測試要求

1. 測試設(shè)備

試驗對象為羅斯蒙特 3051CG5A52A1AB4I5M5型壓力變送器，其量程為 0~10MPa；通過恒溫室對試驗環(huán)境進(jìn)行溫度控制；采用艾默生HART475手操器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、量程遷移、零位調(diào)試等操作；采 用 Const 162 氣 壓 泵、Const 181A 液 壓 泵 提供 壓力源；分別以空氣和變壓器油作為試驗介質(zhì)；采用Const273 數(shù) 字 壓 力 校 驗 儀進(jìn)行輔助數(shù)據(jù)采集以及壓力大小控制。

 

2. 測試要求

控制環(huán)境溫度為（20±0.5） ℃， 濕 度 為（50±2）%RH，消除環(huán)境因素對壓力變送器示值的影響。將量程均分為 8 段，即選取 9 個檢定點。壓力泵作為壓力源，每個壓力點保持壓力 10s，通過數(shù)字萬用表讀取輸出電流值。每個壓力點重復(fù) 5 次實驗，取 5 次讀數(shù)平均值作為其參照數(shù)據(jù)。

 

二、實驗

1. 量程遷移對壓力變送器產(chǎn)生誤差影響

對默認(rèn)出廠設(shè)置 0~10MPa 的壓力變送器按一、2 測試要求進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表 1 所示。隨著壓力的增大，變送器輸出電流誤差值呈類似線性增大，這是由于變送器本身存在誤差，并且用于控制壓力源的標(biāo)準(zhǔn)壓力計準(zhǔn)確度為 0.01%FS，存在系統(tǒng)誤差。在測試過程中，輸出值穩(wěn)定性較高，因此在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，3051 型壓力變送器可以完全滿足西氣東輸各環(huán)節(jié)所需要的 0.2 級要求。接著，在測量允許范圍內(nèi)，使用艾默生 475現(xiàn)場通信器將該壓力變送器量程遷移為 0~6MPa 與0~14MPa，按測試要求進(jìn)行檢測，其結(jié)果如表 2、表 3 所示。進(jìn)行量程遷移后，實測電流值基本仍

呈線性變化，誤差隨量程的縮放產(chǎn)生了縮放變化，但沒有出現(xiàn)預(yù)期中誤差隨量程縮放比例而呈一定比例變化規(guī)律。這是由于羅斯蒙特壓力變送器采用的微處理器包含了有關(guān)傳感器響應(yīng)壓力和溫度輸入特性的信息，即輸出信號已經(jīng)受到了補(bǔ)償調(diào)整。

根據(jù)羅斯蒙特公司提供的總體概率誤差公式：

式中：TPE——總體概率誤差；Ra——參考精度；TI——溫度影響；SPI——靜壓影響；URL——壓力上限值；URV——量程上限值；T——環(huán)境溫度。

 

本次測試采用的壓力變送器不是差壓變送器，無靜壓影響 SPI。在環(huán)境溫度不變情況下，將量程擴(kuò)大或縮小，溫度影響 TI 數(shù)值會隨之變大或縮小。在工廠表征曲線不變的情況下，總體概率誤差 TPE也會隨之而改變，但 TPE 數(shù)值同時受 Ra 與 SPI 影響，因此在改變量程后，誤差并沒有呈一定比例變化。

對量程的遷移并不能改變微處理器中的工廠表征曲線，雖然會給壓力變送器帶來一些人為誤差，但在正常工作溫度范圍內(nèi)，仍然可以滿足其使用準(zhǔn)確度等級要求。在測量范圍回遷至 0~10MPa 后，壓力變送器的信號輸出恢復(fù)正常值，未帶來新的誤差。

 

2. 零位修正對壓力變送器產(chǎn)生的誤差影響

選取經(jīng)過一段時間正常使用后，零位出現(xiàn)少量漂移的壓力變送器進(jìn)行測試，其結(jié)果如表 4 所示。隨著監(jiān)測點壓力值的增大，變壓器輸出電流值誤差依然呈線性變化。整個測試過程中，數(shù)值跳動幅度較小，可說明在經(jīng)過長期使用后，3051 型壓力變送器保持了較好的穩(wěn)定性。

 

在該壓力變送器泄壓穩(wěn)定 30min 后，對其進(jìn)行零位修正操作，結(jié)果如表 5 所示。與表 4 對比可以發(fā)現(xiàn)，在零位修正完成后，隨著壓力值變大，誤差值的遞增幅度與零位修正前基本相同。這是由于，對壓力變送器進(jìn)行零位修正屬于單點調(diào)整，對工廠表征曲線并未產(chǎn)生影響。在實際檢定過程中，零位修正操作有助于補(bǔ)償壓力變送器因為安裝位置不同而產(chǎn)生的客觀影響，也可以消除變送器因長期使用造成的零位漂移。

 

3. 檢測介質(zhì)對壓力變送器產(chǎn)生的誤差影響

筆者選取變壓器油為介質(zhì)對上述修正過的壓力變送器進(jìn)行測試，結(jié)果如表 6 所示。與表 1 對比可知，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，更換介質(zhì)后，檢定結(jié)果未發(fā)生明顯改變。

 

查閱相關(guān)資料獲悉，更換檢測介質(zhì)后，壓力變送器在檢測過程中的放置角度會對其檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，因此，將受到介質(zhì)（此處為變壓器油）污染后的壓力變送器水平放置進(jìn)行測試，結(jié)果如表 7所示。

在標(biāo)準(zhǔn)條件下，受過變壓器油污染的壓力變送器測量誤差未有明顯變化，但是在測試過程中，輸出數(shù)據(jù)跳動幅度變大，造成讀數(shù)困難，尤其是在受到輕微震動后，該跳動幅度明顯增大。這是由于壓力變送器的傳感器部分為擴(kuò)散硅元件，靈敏度較高，黏附在其表面的變壓器油無法徹底清除，在受到震動后直接對傳感器造成影響，引起輸出數(shù)據(jù)的波動。

 

變壓器油熱膨脹系數(shù)為960×10-6/℃，在環(huán)境溫度發(fā)生變化后，由介質(zhì)污染產(chǎn)生的零位溫漂不在羅斯蒙特的工廠表征曲線囊括范圍內(nèi)，故帶來的誤差影響更為明顯，在實際檢測過程中應(yīng)盡量避免。

 

三、結(jié)論

1. 量程遷移操作不改變微處理器中的工廠表征曲線，雖然會給壓力變送器帶來人為誤差，但該誤差可以通過量程回遷消除。

2. 零位修正操作可以修復(fù)溫度變送器在長期使用后產(chǎn)生的零位漂移，誤差值仍然保持線性。

3. 液體檢測介質(zhì)會對壓力變送器產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，會導(dǎo)致測量誤差變大和示值不穩(wěn)定，在實際操作過程中應(yīng)避免。