摘要：通過實驗研究分析了影響某型差壓變送器性能的因素。從安裝傾斜角度、環(huán)境溫度、靜態(tài)壓力、流體溫度等角度設(shè)計模擬實驗，掌握了各因素對該型號差壓變送器實際工作性能影響的大小和規(guī)律。實驗結(jié)果表明本型號變送器實際工作性能不滿足該測點的測量精度要求，通過選用實際工作性能更優(yōu)的變送器將問題徹底解決，最后給出了變送器合理選型的建議。
一、引言
某核電站 ARE 使用量程為 0~1300mbar 的差壓變送器配合孔板來測量管道內(nèi)的主給水流量，要求差壓測量誤差不大于 0.1%。四臺機組在 2008 年以前在該測點配置某型差壓變送器，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該型號差壓變送器的穩(wěn)定性較差，校驗后投入工作不久準確度就下降至合格范圍的邊緣，不得不把校驗頻率提高到 3 個月一次，比廠家推薦 12 個月一次的校驗頻率高 4 倍。為了徹底查清變送器頻繁超差的原因，解決這一困擾電站多年的疑難問題，選取六臺同型號的差壓變送器，追溯歷史校驗數(shù)據(jù)，設(shè)計模擬試驗，測試了投運操作方式、安裝傾斜角度、環(huán)境溫度、管道過程靜態(tài)壓力等多方面因素對變送器的影響。
二、歷年來校驗的情況
選取 6 臺現(xiàn)場使用的該型號差壓變送器，查閱歷史校驗記錄，將每臺變送器零位輸出值的變化情況整理如圖 1、圖 2。由圖 1、圖 2 可以看出：
（1）變送器的變化情況確實復雜，難于找到影響因素和規(guī)律。
（2）大部分的變送器是在小范圍內(nèi)超差，個別變送器是大范圍超差，數(shù)值起伏十分明顯。
（3）最大誤差的變化曲線形狀與零位變化曲線形狀大體吻合，零位以上各點的變化情況與零點變化情況相似，說明變送器的線性良好。
（4）變送器在實驗室校驗完畢后合格，由工作人員手持至現(xiàn)場，安裝投運過程均符合工作程序要求，因此可以排除這一過程對變送器的影響。
三、安裝傾斜角度對變送器的影響
安裝傾斜角度是指變送器在安裝到現(xiàn)場之后，變送器中軸線與鉛垂線之間的夾角。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品選型說明，由安裝位置影響零點最多漂移±0.31kPa，換算至該量程，零點電流輸出最多漂移±0.0382mA。由圖 3 可以看出：
（1）安裝傾斜角度對變送器零位影響較大， 傾斜超過 10°零位變化就已達到顯著水平（0.0074mA）；
（2）如果安裝傾斜角度達到 90°，零位降低了 0.0352mA，已達到不可接受的水平，但仍在廠家標稱范圍內(nèi)，而且可以在現(xiàn)場安裝完畢后使用 HART375 手操器修正掉；
（3）變送器實際安裝于現(xiàn)場時是垂直向上的，不存在可以覺察的傾斜，因此可以排除這一因素對變送器的影響。
四、環(huán)境溫度對變送器的影響
根據(jù)該產(chǎn)品的選型說明，變送器在-40℃~85℃范圍內(nèi)可以工作。在量程比小于 1:5 的情況下，每變化 28℃，變 送 器 產(chǎn) 生 的 變 化 不 超 過 ±
（0.0125%URL+0.0625%F.S.），換算到 該 型 號 就 是 ±0.11225kPa （ 或±0.0138mA）。實際試驗發(fā)現(xiàn)，將變送器放置在 50℃左右的環(huán)境 2 小時后，零位會比 22℃左右的環(huán)境下高0.0030mA 左右，變化不明顯，沒超出廠家標稱的范圍。夏季現(xiàn)場溫度不超過 50℃，因此這一因素對變送器的影響是可以接受的。
五、靜態(tài)壓力對變送器的影響
靜態(tài)壓力是指管道內(nèi)的流體在不流動時就具有的壓力，流體流動起來后，就會在孔板的兩側(cè)形成差壓，這一差壓是累加在靜態(tài)壓力上的。根據(jù)產(chǎn)品選型說明，由 137bar以下靜態(tài)壓力引入的零點誤差為±0.05%URL，換算至該型號變送器，為±0.124kPa(或±0.01526mA)，可以標定消除。設(shè)計模擬試驗驗證該型號變送器在這一方面的性能，試驗過程如下：
1、首先常規(guī)檢定一次，記錄上行程和下行程的零位值；
2、將高、低壓側(cè)引壓口用耐壓軟管連通，緩慢加壓，模擬 ARE 系統(tǒng)管道內(nèi)的 70bar 靜壓，其間記錄靜壓達到 30bar、50bar、70bar 時的零位值；
3、保壓 24h，模擬變送器在該系統(tǒng)上長期工作，以得到靜壓對變送器長期影響后的效果；
4、記錄泄壓前的零位值，泄壓，記錄泄壓后 120min 內(nèi)零位值，模擬變送器從現(xiàn)場停運到實驗室校驗前的一段過程；
5、再次常規(guī)檢定一次，記錄上行程和下行程的零位值；
6、70bar 靜壓與 0bar 靜壓循環(huán)加載，模擬反復投運停運對變送器的影響；
圖 4 選取了一條典型的變送器實際曲線（▲）和平均曲線（×）來體現(xiàn)試驗結(jié)果。具體數(shù)據(jù)參見表 1。
通過以上靜態(tài)壓力，可以得出以下結(jié)論：
1、正常檢定（高壓側(cè)單側(cè)受壓 1300mbar）可使零位提高，平均提高 0.004769mA；
2、靜壓從 0bar 加至 70bar 的過程使零位連續(xù)降低，平均降幅達 0.01018mA，較為顯著，但仍在廠家的標稱范圍
0.01526mA 內(nèi)；
3、靜壓從 70bar 突降至 0bar 的過程零位回升，平均升幅0.0024mA ， 明 顯 小 于 降 幅 ， 即 受 壓 后 的 零 點 降 低 了0.0076mA；
4、靜壓突降后，30min 內(nèi)零位可穩(wěn)定下來，直至 4h 后，均無明顯變化；
5、靜壓循環(huán)沖擊試驗中，零位值隨壓力沖擊而震蕩；3個循環(huán)后，有 3 臺還能保持震蕩，5 臺的零位已不能再隨壓力保持震蕩，而改為持續(xù)下跌了。
6、大多數(shù)變送器的零位在靜壓增加后會下降，個別變送器會上升，這就拉平了靜壓循環(huán)沖擊試驗中零位值的震蕩幅度，而不如典型值那么明顯了。
六、管道內(nèi)液體溫度對變送器的影響
通過靜壓試驗發(fā)現(xiàn)有個別變送器的性能比較差，加70bar 靜壓后零位值下降幅度很大，超出廠家標稱的范圍。為了解釋這個現(xiàn)象，挑選了一臺表現(xiàn)最差的變送器，拆下它的共面法蘭后發(fā)現(xiàn)其低壓側(cè)膜片有受過高溫而發(fā)藍發(fā)黑的痕跡（見圖 5），可能是感壓膜盒內(nèi)填充的硅油部分氣化，導致靜壓影響指標超差。根據(jù)產(chǎn)品選型說明，本型號、充硅油、配共面法蘭的變送器的過程溫度極限是-40℃~121℃
該系統(tǒng)正常運行時，管道內(nèi)的壓力為 70bar，水溫約為220℃，仍為液態(tài)不飽和水。差壓變送器通過 1m 多長的引壓管連接在系統(tǒng)上。雖然平時引壓管中是常溫水，但在變送器校驗完畢、安裝就位后投運前，引壓管排污時會使高壓高溫水接觸到膜盒，造成高溫沖擊，使膜盒內(nèi)的硅油部分汽化，降低了變送器的性能。
但觀察其他超差的變送器，未發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象，那么，這臺變送器可視為受到非正常熱沖擊的個案，不是該型號變送器頻繁超差的根本原因。
七、提高差壓變送器測量精度的措施
1、針對安裝傾斜角度對變送器的影響：
如果在安裝完畢后發(fā)現(xiàn)零位值變壞，可以在引壓投運前，用 HART375 手操器對變送器進行 ZERO TRIM，改善其零位值。
2、針對靜態(tài)壓力對變送器的影響：
如果使用的變送器需要進行靜壓修正，則必須在使用前按照技術(shù)規(guī)范進行靜壓補償，將變送器的性能最優(yōu)化；
如果使用的變送器不需要進行靜壓修正，在引壓后、平衡閥關(guān)閉前，發(fā)現(xiàn)零位值變壞，可以使用 HART375 手操器對變送器進行 ZERO TRIM，改善其零位值。
3、針對管道內(nèi)高溫流體對變送器的影響：
在蒸汽或者其他高溫測量應用中，對于充硅油的變送器共面法蘭處的溫度不得超過 121℃，對于惰性液材料的變送器共面法蘭處的溫度不得超過 85℃。如果流體的實際溫度高于這個值，就要時刻確保引壓管內(nèi)充滿冷卻水，防止高溫流體與變送器膜片直接接觸，如果不能做到，就要考慮引壓管的改造了。
八、差壓變送器頻繁超差的原因
理論參考精度是指變送器在特定的參考條件下（環(huán)境溫度 20℃、靜壓 0bar、不考慮長期穩(wěn)定性）的相對示值誤差，實際工作性能是指變送器在實際工作條件下（環(huán)境溫度約40℃、靜壓約 70bar、穩(wěn)定性要求 1 年）的相對示值誤差，差壓變送器在 ARE 系統(tǒng)上的實際工作條件遠比參考條件惡劣。原產(chǎn)品生產(chǎn)廠家指出，該型差壓變送器的理論參考精度是0.075%，實際工作性能是 0.15%。
因此，受本文所述各種因素的綜合影響，該型差壓變送器的實際工作性能是達不到 0.1 級的，若將理論參考精度與實際工作性能這兩個概念混淆，則會誤將實際工作性超出理論參考精度理解為變送器超差。也就是說，本型號變送器不滿足本測點的測量精度要求，若要達到 0.1%的測量精度要求，需要選用實際工作性能更優(yōu)的變送器。
九、解決方案
2007 年，該變送器生產(chǎn)廠家又推出改進型產(chǎn)品，它在膜盒的設(shè)計和材料上有了新的突破，采用新的專利技術(shù)使差壓變送器的性能有了大幅提升，價格也隨之大幅提升。實驗證明：普通型和超級型的理論參考精度均可達到優(yōu)于 0.1 級的水平（超級型比普通型又有提升）；超級型的回程誤差有了明顯改善（減小到普通型的 20%左右）；超級型在靜壓影響方面有了突飛猛進的改善（減小到普通型的 5%左右），幾乎不受靜壓影響；超級型在安裝角度影響方面有了一些改善（減小到普通型的 50%左右），但仍然是最明顯的影響因素。
2008 年 4 月以后，作為機組熱功率測量的流量基準，四臺機組該流量測點的差壓變送器經(jīng)過重新選型，開頭所述問題得到徹底解決。
十、結(jié)論
隨著儀器儀表技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器儀表的更新?lián)Q代和性能提高將越來越快，價格也翻倍提高。在工程建設(shè)、設(shè)備改造等進行儀器儀表選型時，須把握的原則是“不求最精、最好、最貴，只求最合適”。首先明確測量要求（測量范圍、精度要求、響應速度要求、所處環(huán)境等），然后在現(xiàn)有各種型號的儀器儀表中選出能夠滿足測量要求的型號，最后選擇性價比最佳的產(chǎn)品。
