壓力及差壓變送器的量程選擇原則
一、量程上下可調(diào)原則
工藝專業(yè)要求的大壓力或差壓是量程選擇的基礎通常按這個壓力或差壓值的1.5-2.0倍確定所選量程。上世紀60~70年代末期.我們通常采用的是國產(chǎn)電動型,Ⅲ型變送器其壓力、差壓產(chǎn)品系列的量程見表1、2
以國內(nèi)某儀表廠產(chǎn)品為例)。
由表1、2可見,這些早期的變送器產(chǎn)品量程比小(為2.5~6:1),除少數(shù)量程范圍稍有交叉外(如表1中壓力變送器230、240、2502300,2400、2500)其余量程均不交叉,所需量程在哪個量程代號范圍內(nèi)就必須選哪個量程,所以基本上不存在量程選擇問題。這里提到一個量程比的問題,什么是量程比呢?以表1中D8Y-220壓力變送器為例.0~25-10kPa量程范圍表示這臺變送器壓力測量滿量程值(上*程一下*程）的ZUI大值可以設定為10kPa(例如可以設定為0~10kPa如變送器帶正負遷移功能,則還可以設定為-10-0kPa、-5~+5kPa等),滿量程值的ZUI小值可以設定為2.5kPa(例如可以設定為0-25kPa,如變送器帶正負遷移功能則還可以設定為-10-7.5kPa-250kPa-1.5-+1.0kPa7.5-10kPa等}.量程范圍中ZUI大值(URL如本例中的10kPa)與ZUI小值(LRL,如本例中的2.5kPa)之比URL.LRL,如本例中的10kPa:2.5kPa=4稱之為量程比
上世紀80年代初,國內(nèi)某儀表廠引進生產(chǎn)的1151變送器成為國內(nèi)市場的主 品,其量程比約為6:1,相鄰各量程間約有20%的交叉,如量程代號3、4、5的量程范圍分別為01.24~7.46kPa.0~6.2237.3kPa,0-31.1-186.4kPa,量程代號3和4之間有6.22~746KPa的交叉,量程代號4和5之間有31.1-37.3KPa的交叉,在這個交叉量程范圍內(nèi),既可選上量程代號,也可選下一量程代號。此時開始出現(xiàn)量程選擇問題.但如不刻意追求,似乎不管它也可以。變送器的制造技術(shù)飛躍發(fā)展,產(chǎn)品的量程比已增大到10:120:1、40:1、100:1,甚至還有個別產(chǎn)品達到400:1、555:1,這時某一實際使用量程可能為2-3個量程代號覆蓋,究竟選擇哪一個量程代號.這可能關(guān)系到變送器實際使用的精度、靈活性及價格.是值得我們討論的首先建議選型時一般不要走,不要將變送器的使用量程定在ZUI小量程(或非常接近ZUI小量程)或ZUI大量程(或非常接近ZUI大量程).因為在生產(chǎn)現(xiàn)場,變更量程的事經(jīng)常發(fā)生,往往需要向上或向下調(diào)整量程,如果選型時已考慮了量程有上下可調(diào)的余地。如需調(diào)整量程就不至為難了。當然.如果現(xiàn)場條件改變只可能是單向的.如只能向下調(diào)整,則選ZUI大量程也無妨。
 
二、精度ZUI高原則
市場上一些中變送器,其精度達到0.2%、0.1%、0.075‰0.05%甚至0.04%。既然選用了高精度的變送器,當然希望所選用的變送器在使用時也能達到ZUI高的使用精度高精度變送器往往也具有高量程比的特點,變送器的精度和量程比是兩個獨立的指標,似乎互不相關(guān),當選定某一廠家某一量程代號的變送器時其精度似乎也應該是選型樣本上所標明的那樣。比如早期我們選用1151型變送器,除了DR型微差壓變送器的精
度是0.5%以外,其余的大都是0.25%早期的1151型變送器的量程比是6:1以量程代號4為例,其量程可調(diào)范圍是0~6.22~37.3kPa,用戶實際使用時不管選用的是0~6.22kPaZUI小量程還是0~37.3kPaZUI大量程,其精度
指標都是0.25%,這在選型樣本”精度”一欄中是特別注明的:精度為校準量程的0.25%",也就是說,早期變送器產(chǎn)品在其量程可調(diào)范圍內(nèi)的精度指標是一致的。
所以在我們當時認識里,精度和量程比的關(guān)系一直維持早期的概念,以為大量程比高精度變送器的精度在全部可調(diào)量程范圍內(nèi)都能達到。就大量程比高精度變送器的***度與實際使用量程的關(guān)系詢問過一些現(xiàn)場技術(shù)人員、設計人員、變送器產(chǎn)品的營銷人員.其中絕大多數(shù)人的概念與我早期的想法是一樣的。而這個概念實際上是錯誤的(這個錯誤不能怪用戶,變送器的國家標準對此項指標未作規(guī)定,生產(chǎn)廠家也不刻意宜傳).大量程比變送器只是在一個小的量程比范圍內(nèi)可達到該產(chǎn)品宣傳的高精度指標。以2000T量程代號C壓力變送器為例.其量程范圍是0.4-40kPa,按產(chǎn)品樣本介紹,它在0~4至0~40kPa之間調(diào)整量程時精度指標可以達到該產(chǎn)品樣本所列精度指標(0.075%或0.05‰),但在0~04至0~4kPa之間調(diào)整量程時,精度指標就不是該產(chǎn)品樣本所列高精度指標而需要按公式:±(0.005x***量程/調(diào)節(jié)量程一0.05)%計算附加誤差即在原有0.075%或0.05%基礎上增加這個附加誤差值)。如果選其ZUI小量程0~0.4kPa按上式計算附加誤差指標是0.45%,對應0.075%或0.05%精度產(chǎn)品的總誤差是0.525%或0.5%,分別是原有誤差的7倍或10倍!再看溫度影響和溫度系數(shù),也是量程越小影響越大。高精度變送器的量程比通常很大,但我在研究3051變送器產(chǎn)品樣本后發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象:3051變送器的精度一般為0.075%量程比為100:1但在3051系列產(chǎn)品中精度ZUI高的3051參考級壓力變送器精度為0.05%.其量程比僅為10:1,除了其測量范圍既無微壓(沒有小于6.22kPa的量程).又無中高壓(沒有大于2460kPa的量程)外,量程比小應是其精度高的主要原因。
 
如上所述,對大量程比變送器來說,實際使用過程中存在兩個精度指標。如果把變送器類產(chǎn)品選型樣本中所列精度稱之為指標精度,那么我們可以把變送器實際使用時所能達到的精度稱之為”實際使用精度”實際使用精度通常可依據(jù)變送器選型樣本中所列與量程比有關(guān)的精度計算公式計算,個別選型樣本中沒有列出保證達到指標精度的量程比范圍和超出該量程比范圍時的實際使用精度計算公式,還需向制造廠專門去函索取,選型時我們至少也應該了解所選產(chǎn)品保證達到指標精度的量程比范圍。我們可以看到:大量程比的變送器在某一量程比范圍內(nèi)指標精度和實際使用精度是一致的,但超過這一量程比,實際使用精度將低于指標精度,而且降低幅度相當大。如果您所使用的變送器也超過這一量程比,可以動手計算一下,看看變送器的實際使用精度是多少。
雖然大量程比變送器的可調(diào)量程范圍很寬,但當實際使用的量程比值很大時,實際使用精度也下降得很厲害所以大量程比變送器的真正可使用的量程比并不大。作者提出的實際可使用量程比的概念,它指的就是在這個范圍內(nèi),變送器指標精度與實際使用精度相等,超出實際可使用量程比的范圍,變送器雖然仍可以使用,但其實際使用精度將低于指標精度,精度降低這是用戶和廠家都不希望看到的結(jié)果,所以某個生產(chǎn)變送器的廠家在產(chǎn)品樣本上有這樣的內(nèi)容:“為使變送器性能,建議選擇量程比≤10:1(注:該廠變送器保證達到指標精度的量程比為10:1)”.而這一段話在早些年的樣本上是沒有的.新的樣本添加了這段話，贊賞廠家的這一作法。而在某些資料中建議實際可使用量程比按精度降低為指標精度的2.5倍考慮,如變送器保證達到指標精度的量程比為10:1.則實際可使用量程比約為25:140:1(對某些產(chǎn)品因保證精度的量程比值很小,則實際可使用量程比遠遠低于此值）。在極限情況下,這相當于將變送器的精度降低了一檔,例如0.1%精度將降為0.25%.******檔的0.04%精度將降為只能列入中的0.1%。作者認為太大的實際可使用量程比不合適.而且在多數(shù)情況下選太大的實際可使用量程比也無必要,因為大多數(shù)廠家的產(chǎn)品系列已經(jīng)保證了每一量程都可選到高精度的量程代號.如您選用的實際使用量程比已大于10,這*可選壓力或差壓較低一檔量程代號的產(chǎn)品(可參見表1)對用戶來說特別應注意的是:在變送器選型時,要使變送器的工作量程在實際可使用量程比范圍內(nèi).這樣可使變送器的實際使用精度等于指標精度。否則用戶花高價錢買的是高精度變送器。而實際得到的是低價值低精度變送器,實在是太不劃算了。當然,在某些特殊情況下,如利用庫存設備或在現(xiàn)場臨時修改量程時,如果依據(jù)廠家提供的誤差計算公式計算出來的誤差仍能達到用戶要求,為節(jié)省購買變送器的投資,此時實際量程不在實際可使用量程比范圍內(nèi)也應該是允許的。但如果在設計、訂貨時變送器的實際量程不在實際可使用量程比范圍內(nèi),應該說是選型訂貨有誤。我在幾個工廠調(diào)查時,都發(fā)現(xiàn)有不少變送器的實際使用量程超出了實際可使用量程比對制造廠家來說,其產(chǎn)品系列覆蓋全部量程應是個常識問題.但我要提出的是另一個要求:產(chǎn)品系列的實際可使用量程比覆蓋全部量程。這也應是個常識問題.因為這樣可使用戶在全量程范圍內(nèi)得一致的高精度。表3列出了某公司差壓變送器的實際使用量程
由表3后一欄可見,該公司保證精度的量程范圍是連續(xù)的,因而可使用戶在全量程范圍內(nèi)得到一致的高精度,而且保證精度的量程范圍是前后交又的,用戶選擇的余地就更大一些遺憾的是,部分生產(chǎn)廠家的大量程比高精度變送器在產(chǎn)品設計時就忽略了這點,用戶如果將某些廠家的實際使用量程也列出像表1一樣的一張表來。有可能在后一欄發(fā)現(xiàn)保證精度的量程范圍不是連續(xù)的。前面已經(jīng)談到變送器的指標精度和實際使用精度、量程比和實際可使用量程比的問題.所以要想使所選變送器達到***的使用精度,具體選型時應注意以下幾個問題
1)所選變送器的使用量程應該在實際可使用量程比范圍內(nèi),這樣才能使變送器達到產(chǎn)品的指標精度。某些產(chǎn)品因為量程系列確定不合適,無法選在實際可使用量程比范圍內(nèi),此時應通過計算選擇實際使用精度***的量程代號
(2)所選變送器的使用量程應該在該變送器使用量程范圍內(nèi)盡量接近其***量程。因為變送器的很多指標是與***量程有關(guān),計算誤差值時也是按***量程的百分比值確定的.如零點位置影響、環(huán)境溫度影響、靜壓影響、溫度系數(shù)等。以2000T差壓變送器選型為例,變送器的使用量程若為0~30kP則c(0~0.4~40kPa).D(0~2.5~250kPa)兩個量程代號均可選。這兩個量程代號的實際可使用量程比范圍分別為4~40kPa；25~250kPa.按理說兩個量程代號均可用,但計算結(jié)果表明:溫度對零點的影響值C量程代號為40Pa,而D量程代號為250Pa;靜壓對零點的影響C量程代號為20Pa/10MPa,而D量程代號為125Pa/10MPa.兩者相差625倍。顯然.我們應該選擇的是C量程代號,因為0-30kPa與C量程代號的ZUI大量程40kPa更接近,而與D量程代號的ZUI大量程250kPa相距較遠。
(3)測量微壓力或低壓力時,很多公司的壓力變送器產(chǎn)品系列不完整.無微壓力低壓力甚至中等壓力測量量程,用戶無法使用壓力變送器測量微壓力或低壓力.或雖可測量但量程不在實際可使用量程比范圍內(nèi),測量精度降低,此時只能用差壓變送器來代替。如某廠家壓力變送器的小測量量程為30~3000kPa.但保證測量精度的實際可使用量程為300~3000kPa,因此當ZUI大壓力測量值小于300kPa(這個壓力實際仍在中等壓力值范圍內(nèi))時,為保證測量精度,應該選用差壓變送器代替壓力變送器來測量壓力
(4)某些公司的產(chǎn)品在微壓或微差壓量程的精度較低.如實際使用量程在精度有變化的兩個量程代號內(nèi),則需計算實際使用精度才能知道究竟在那一個量程代號內(nèi)其精度***。如EJA差壓變送器120A量程為0.1-1kPa
精度有0.1%、0.2%兩種可選,保證精度指標的量程比為2.5:1:110A量程為0.5~10kPa,精度為0.075%.保證精度指標的量程比為3.33:1。若實際使用0.5、1.0kPa兩個量程.選用110A時其實際使用精度分別為0.375%
0.175%.選用120A時,兩個量程的使用精度是一樣的.但根據(jù)精度選擇分別為0.1%.0.2%。由此我們可以得出一個傾向性的意見:0.5kPa量程選120A較好,其精度選擇可按需要定為0.1%或0.2%;1.0kPa量程;按精度***原則依次應選120A的0.1%精度、110A的0.075%精度、120A的0.2%精度但按量程上下可調(diào)原則,則應選110A按下面所述價格***原則,也應是11A。
 
三、價格***原則
這里指的是說在確定廠家及具體型號后在量程選擇時應遵循的原則如上所述,某一實際使用量程可能兩個量程代號都合適,按精度 很高原則通常應該選與ZUI大量程接近的量程代號。但在個別情況下,由于這兩個量程代號價格相差較大,也可以這樣綜合考慮:犧牲一點精度,選用量程更大的量程代號。如2000T差壓變送器選型時,變送器的使用量程若為0800Pa.則A(50~1000Pa)、B(200~6000Pa)兩個量程代號均可選,這兩個量程代號的實際可使用量程比范圍分別為100~1000Pa、600~6000Pa,按理說兩個量程代號均可用。但從精度***原則考慮,應選A量程代號,但從價格***原則考慮,微差壓量程加價幅度高.應選B量程代號。ZUI后選用哪一個量程代號,應綜合這兩個因素確定。再如測量微壓力或低壓力時,也有壓力變送器和差壓變送器兩種選擇,依作者觀點,在保證精度的情況下應盡量選用壓力變送器,原因是壓力變送器的價格通常要比同量程的差壓變送器低一兩千元(因其結(jié)構(gòu)簡單,取壓口也只一個),同時差壓變送器作壓力測量時多余的取壓口有時受環(huán)境氣流的影響)(如風吹過).將帶來附加誤差。