環(huán)境溫度對(duì)智能型一體化溫度變送器的影響

摘要:智能型一體化溫度變送器因自身具有的良好特性在工程設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用,但在惡劣環(huán)境溫度下使用時(shí)其信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的漂移,使誤差增大,增加了現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)工作量。分析了環(huán)境溫度對(duì)智能型一體化溫度變送器精度的影響程度,計(jì)算出環(huán)境溫度變化導(dǎo)致智能型一體化溫度變送器產(chǎn)生的誤差變化，提出了溫度變送器的選用原則。
　　智能型一體化溫度變送器是將熱電偶或熱電阻等測(cè)溫元件傳感器和溫度數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊制成一體,直接輸出4~20mA(DC)+HART電流信號(hào)。其特點(diǎn):1)信號(hào)抗干擾能力強(qiáng),傳輸距離遠(yuǎn);2)輸出4~20mA(DC)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);3)溫度轉(zhuǎn)換模塊可直接輸出智能HART信號(hào)，實(shí)現(xiàn)儀表智能管理;4)控制系統(tǒng)的卡件類(lèi)型減少;5)不需要用補(bǔ)償電纜及冷端補(bǔ)償?shù)?。鑒于以上特點(diǎn),智能型一體化溫度變送器在石化裝置中得到廣泛應(yīng)用。但用戶(hù)持反對(duì)意見(jiàn)的越來(lái)越多,問(wèn)題主要體現(xiàn)在智能型一體化溫度變送器受環(huán)境溫度的影響較大,信號(hào)漂移非常嚴(yán)重,導(dǎo)致測(cè)量誤差較大,需要經(jīng)常維護(hù)調(diào)校,增加了工作量。因此，很多用戶(hù)更換溫度變送器,直接采用熱電偶或熱電阻測(cè)溫傳感器,因?yàn)檫@種最原始的測(cè)溫元件,誤差幾乎是不變的,沒(méi)有太大的維護(hù)量。
　　智能型溫度變送器是目前市場(chǎng)上公認(rèn)的應(yīng)用較好的產(chǎn)品,依據(jù)該溫度變送器的參數(shù),以Pt100熱電偶和K型測(cè)溫元件傳感器為例,分析計(jì)算環(huán)境溫度的變化對(duì)智能型一體化溫度變送器所產(chǎn)生誤差的變化。
1定義環(huán)境溫度
　　誤差計(jì)算之前先定義環(huán)境溫度，其依據(jù):1)選用補(bǔ)償電纜對(duì)環(huán)境溫度有規(guī)定，分為普通型(70℃和105℃)和耐高溫型(200℃和260℃);2)選用一體化溫度變送器有一些限制,即在溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度正常(不大于60℃)或安裝位置不.高(不大于20m)的場(chǎng)合,宜選用一體化溫度變送器;對(duì)于溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度較高(大于60℃)或安裝位置較高(大于20m)的場(chǎng)合,宜選用分體式溫度變送器;3)該溫度變送器定義其工作極限溫度為-40~85℃(不配LCD顯示器)。因此,以下將環(huán)境溫度分為-25,5,40,60,80,100,150℃七種狀況來(lái)分析環(huán)境溫度對(duì)智能型一體化溫度變送器的影響(20℃為出廠(chǎng)的標(biāo)定溫度)。
2誤差計(jì)算方法
　　通常需考慮測(cè)溫元件傳感器的精度a、變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的精度b,環(huán)境溫度對(duì)測(cè)溫元件傳感器的精度影響c和對(duì)變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的精度影響d。
儀表可能的最大誤差:
 
3計(jì)算示例
　　采用Pt100熱電偶(a=3.85X10^-3),變送器測(cè)量范圍為0~350℃,a=±0.15℃,644智能型溫度變送器的輸人選項(xiàng)和精度參數(shù)見(jiàn)表1所列。從表1查得測(cè)溫元件傳感器的精度為±0.15℃。b=±0.03%X(350-0)=±0.105(℃),從表1查得b為±0.03%量程。
　　當(dāng)環(huán)境溫度是20℃時(shí)(即出廠(chǎng)標(biāo)定溫度):
 
　　當(dāng)環(huán)境溫度變化到60℃時(shí),對(duì)測(cè)溫元件傳感器和變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的影響分別是:
c=0.003X(60-20)=0.12(℃)
　　式中:0.003是從表1查得環(huán)境溫度每變化1℃對(duì)
　　傳感器精度的影響為0.003℃。
d=0.001%X(350--0)X(60-20)=0.14(℃)(6)
　　式中:0.001%是從表1查得環(huán)境溫度每變化1℃對(duì)變送器精度的影響為0.001%量程。
　　環(huán)境溫度變化引起一體化溫度變送器可能的最大誤差:
e=a+b+c+d=0,15+0.105+0.12+0.14=0.51(℃)
　　環(huán)境溫度變化引起一體化溫度變送器可能的綜合誤差:
 
　　從以上計(jì)算可看出,環(huán)境溫度由20℃變化為60℃時(shí),一體化溫度變送器的最大誤差由0.225℃變?yōu)?.51℃,綜合誤差由0.18℃變?yōu)?.26℃,。
 
4環(huán)境溫度變化對(duì)智能溫度變送器精度影響分析
　　表2為Emerson的248溫度變送器的輸人選項(xiàng)和精度參數(shù),與表1對(duì)比可看出,同樣的測(cè)溫元件傳感器,248溫度變送器的精度要比644溫度變送器的精度低，通過(guò)誤差計(jì)算方法,再考慮環(huán)境溫度對(duì)測(cè)溫元件傳感器和變送器的影響,其產(chǎn)生的綜合誤差將會(huì)更大。
 
　　環(huán)境溫度變化引起644智能型溫度變送器精度的變化見(jiàn)表3所列，當(dāng)環(huán)境溫度為60℃以上時(shí)，對(duì)于Pt100熱電偶和K型一體化溫度變送器的綜合誤差越來(lái)越大,即溫度漂移越來(lái)越嚴(yán)重。而低溫環(huán)境對(duì)Pt100熱電偶和K型一體化溫度變送器的影響相對(duì)較小。
　　由于熱電阻和熱電偶的精度穩(wěn)定性的時(shí)間是不同的,熱電阻的精度穩(wěn)定性時(shí)間要比熱電偶的精度穩(wěn)定性時(shí)間長(zhǎng)一倍,也就是說(shuō)使用熱電阻測(cè)溫傳感器比使用熱電偶測(cè)溫傳感器的穩(wěn)定性要好。644溫度變送器使用說(shuō)明書(shū)也明確要求,為保持優(yōu)異的測(cè)量精度,在超出工廠(chǎng)環(huán)境溫度范圍時(shí)每臺(tái)溫度變送器都要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。
　　另外,對(duì)4~20mA(DC)+HART型智能溫度變送器而言,對(duì)于基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器，由于沒(méi)有變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊精度的影響,即沒(méi)有b和d項(xiàng)產(chǎn)生的誤差,所以環(huán)境溫度對(duì)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器的影響要小很多。
 
5結(jié)論分析
　　在選用溫度儀表時(shí),根據(jù)什么來(lái)判斷環(huán)境溫度是否極其惡劣呢?如何判斷環(huán)境溫度會(huì)超過(guò)60℃呢?儀表設(shè)計(jì)人員難予定義,而工藝設(shè)計(jì)人員也很難說(shuō)清楚。什么情況下選用智能--體化溫度變送器,什么情況下不適合選用智能一體化溫度變送器似乎有很多不確定因素。而實(shí)際生產(chǎn)裝置中,還有很多因素會(huì)導(dǎo)致儀表的測(cè)量誤差下降，此處不再贅述。
　　鑒于以上原因，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度較高或采用熱電偶測(cè)溫元件傳感器時(shí),如果不確定其使用的環(huán)境溫度是否會(huì)超過(guò)60C,需慎用智能型--體化溫度變送器,可通過(guò)使用分體式溫度變送器或?qū)к壥桨惭b的溫度變送器來(lái)滿(mǎn)足所需的要求。