淺談關(guān)于環(huán)境溫度對智能變送器測量的影響

摘要：在當前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，確保工藝參數有效控制的基礎便是實(shí)現各種模擬量數據采集的準確性，以確保工藝控制的精que性。但參數檢測主要通過(guò)儀表傳感器轉換為各種信號，其中變送器在各種儀表中#為普遍使用。壓力變送器與差壓變送器屬于變送器的主要類(lèi)型，以有效測量差壓、液位、流量、壓力以及密度等參數。其中環(huán)境溫度會(huì )嚴重影響其信號的采集效果，尤其在濕度較大且低溫環(huán)境中，儀器設備極易發(fā)生故障問(wèn)題，使得參數測量不夠準確，甚至還會(huì )損壞儀表，影響正常的生產(chǎn)過(guò)程，造成嚴重的經(jīng)濟損失問(wèn)題。為了確保智能變送器的正常運行，應采用各種措施降低環(huán)境溫度對變送器的影響。

1 引言

智能化變送器屬于溫度變送器，結合了傳感器技術(shù)與附加電子部件，可以有效遠程設定、修改組態(tài)數據信息，滿(mǎn)足了順應現場(chǎng)的要求。隨著(zhù)工業(yè)及現代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的地方開(kāi)始使用智能變送器，且其類(lèi)型也逐漸增多。智能變送器在運行期間對技術(shù)具備一定要求，且環(huán)境溫度也會(huì )影響其運行效果。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)境溫度的變化將會(huì )直接影響化工生產(chǎn)工藝的穩定性與安全性。本文便據此分析了環(huán)境溫度對智能變送器的影響，并指出了具體的應用過(guò)程，以期為此后智能變送器的應用提供更多的借鑒依據。

2 智能變送器概述

2．1 概述

智能變送器屬于溫度變送器，主要結合傳感器技術(shù)與附加的電子部件，以實(shí)現遠方設定與遠方修改組態(tài)數據信息。具體而言，智能變送器是基于微處理器的現場(chǎng)智能儀表，其中智能指的是變送器與傳感器由微處理器驅動(dòng)，具備自動(dòng)診斷與自動(dòng)通信的能力。美國#早發(fā)了智能變送器，其除了具備較高的穩定性與精que度在，還帶有本公司協(xié)議，后期產(chǎn)品帶有符合現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準的 FF 協(xié)議，可以改為數字式的顯示表。利用系統控制遠程組態(tài)，實(shí)現遠方設定或修改變送器的組態(tài)數據。

2．2 智能變送器特點(diǎn)

作為變送器的核心組件，微處理器可以有效計算、存儲以及處理測量數據，并通過(guò)反饋回路調節傳感器，確保數據的采集有效性。微處理器具備硬件與軟件功能，可以有效完成傳統變送器無(wú)法完成的任務(wù)。由此看出，智能變送器一定程度上降低了傳感器的制造難度，但提升了其使用性能。除此之外，智能變送器還具備以下特點(diǎn)。一是具備自動(dòng)補償能力，可以利用軟件自動(dòng)補償傳感器的非線(xiàn)性、時(shí)漂以及溫度等因素，通電后完成傳感器的自檢，確保傳感器各部分處于正常的運行模式。同時(shí)，可以保證數據處理的準確性，根據自動(dòng)程序處理數據，比如去除異常數值以及統計處理等。二是具備雙向通信功能，微處理器可以有效接收并處理數據信息，并將其反饋至傳感器，以有效調節控制測量過(guò)程，記憶儲存數據信息，包括傳感器的特征數據、補償特性以及組態(tài)信息等方面。三是具備數字量接口輸出功能，可以將輸出的數字信號連接計算機或現場(chǎng)總線(xiàn)。

2．3 智能變送器現場(chǎng)應用優(yōu)勢

智能變送器有效采用了傳感技術(shù)、微電子數字處理技術(shù)等高新技術(shù)，代表著(zhù)新一代變送器的崛起，具備可靠性高、測量范圍寬、量程比大以及精度高等特征，具備數字通信功能。利用現場(chǎng)通信控制器及通信協(xié)議的 DCS 系統可以變更、設定智能變送器的各種參數信息，有效實(shí)現在線(xiàn)監測數據、遠程調試以及人機對話(huà)等功能。類(lèi)似于智能儀表，智能變送器也可以進(jìn)行自我診斷，屬于代表將來(lái)現場(chǎng)儀表的發(fā)展方向 ［ 1 ］ 。

3 環(huán)境溫度對智能變送器的影響

本次研究主要討論分析環(huán)境溫度對智能變送器中硅電容與硅諧振式傳感器元件的具體影響。

3．1 硅電容傳感器

作為智能變送器中的敏感元件，硅電容傳感器體積較小，由硅材料制成。其電容的三個(gè)極在晶體硅薄片下進(jìn)過(guò)離子刻蝕等微機械工序加工而成，兩邊為固定電極，中間為可動(dòng)電極，三個(gè)極片構成了差動(dòng)電容，利用金屬化通孔，高壓力 pH 與低壓力pL 作用在測量膜片的兩邊。當 pH 與 pL 不等時(shí)，膜片便會(huì )產(chǎn)生一定比例的位移，以致一邊電容量增加，另一邊電容量減少。這種硅微電容傳感器的體積較小，響應更快，功耗較低，便于集成。且硅材料具備優(yōu)良的性能，膨脹系數較小，沒(méi)有疲勞，儀表具備較好的溫度性能，wuxu經(jīng)常調整。同時(shí)，硅膜片的工作位移較小，且位移與壓力具備良好的線(xiàn)性關(guān)系，且測量膜片采用溝狀結構，與理想平行版電容具備類(lèi)似的移動(dòng)規律。智能變送器安裝了測溫傳感器，可以有效修正環(huán)境溫度變化帶來(lái)的熱影響，且檢測部件下部安裝了硅微電容傳感器，有效減少了溫度影響。且當被測介質(zhì)溫度發(fā)生改變時(shí)，與介質(zhì)接觸的膜盒接液部分的溫度也會(huì )隨之改變 ［ 2 ］ 。

3．2 硅諧振式傳感器

硅諧振式傳感器屬于智能變送器的敏感元件，體積較小且功耗較低，具備較快的響應速度，屬于微型構件，可以與信號處理部分進(jìn)行集成。硅諧振梁結構屬于硅諧振式傳感器的核心部分，采用了三維表面微機械加工技術(shù)，可以加工為兩個(gè)大小形狀相同的 H 型諧振梁，一個(gè)在硅片的邊緣，另一個(gè)則在硅片的中央。在壓力作用下，硅片會(huì )產(chǎn)生變和應力，伴隨膜片，兩個(gè)諧振梁也會(huì )產(chǎn)生相應的應力。但受位置因素的影響，其所受應力各不相同，一個(gè)受壓力，另外一個(gè)則受拉力，且其諧振固有頻率也會(huì )發(fā)生相應改變。此時(shí)，測量?jì)蓚�(gè)諧振梁的頻率差則可以得到被測介質(zhì)的壓差。硅梁、空腔以及硅膜片等均屬于硅諧振式傳感器的組成部分，被封在微型真空中，不受空氣阻力的影響且不與灌液接觸，其制成的智能變送器具備一定的穩定性。橫河智能變送器便采用了硅諧振式傳感器，其具備對稱(chēng)結構，且硅材料的彈性較好，沒(méi)有疲勞與滯后性。傳感器諧振梁振動(dòng)頻率與差壓輸入信號存在以下關(guān)系，隨著(zhù)差壓的逐漸增大，中心諧振片的振動(dòng)頻率逐漸減小，且兩者的頻率差不變。即溫度變化不會(huì )影響儀表特性，且在靜壓影響下，邊側與中心處的頻率均會(huì )下降，因此靜壓變化也不會(huì )影響儀表性能。

4 智能變送器在實(shí)際生產(chǎn)中的應用

4．1 在廢熱鍋爐液位中的應用

廢熱鍋爐液位計主要測量天然氣制氫，此時(shí)應采用羅斯蒙特智能變送器，以測量廢熱鍋爐的液位，或者測量溫度高、波動(dòng)大以及低壓差的液體，對測量穩定性具備較高要求。將水隔離罐安裝至膜盒處，以防蒸汽高溫印象導壓硅油，減少波動(dòng)。在冬季時(shí)，廢熱鍋爐液位存在較大的波動(dòng)，此時(shí)應對導壓管進(jìn)行伴熱保溫處理，以防環(huán)境溫度對硅微電容變送器的影響。條件允許時(shí)，也可以更換使用硅諧振式變送器。

4．2 在差壓式均速管流量計中的應用

氯化氫總管流量計以及差壓式均速管流量計以皮托管測速為基本運行原理，直管道足夠長(cháng)時(shí)，管內流速分布為充分發(fā)展紊流，等速線(xiàn)為同心圓，測量直徑幾點(diǎn)流速即可反映整個(gè)截面的流速分布情況。硅微電容變送器并不穩定，波動(dòng)較大，且零點(diǎn)漂移也大，并不適用于濕露氣嚴重且環(huán)境惡劣的動(dòng)態(tài)，因此應更換為硅諧振式傳感器，為工藝控制提供保障，提升測量的穩定性。

4．3 在遠傳壓力上的應用

羅斯蒙特硅電容傳感器在于溫度較低且環(huán)境變化較大的場(chǎng)所中無(wú)法正常使用，會(huì )在天氣寒冷時(shí)報故障，更換硅諧振式傳感器變送器后，使用正常，沒(méi)有出現故障報警問(wèn)題。這表明硅電容傳感器受低溫影響較大，冬季使用時(shí)應做好保溫工作。

5 智能變送器的改進(jìn)建議

一是實(shí)現通信的標準化與統一化，為了有效避免溫度因素的影響，智能變送器應兼顧采用4－20mA模擬信號，確保協(xié)議終端可以互換數據信息，在避免溫度影響因素的基礎上降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本與使用成本。二是重視軟件開(kāi)發(fā)，擺脫照搬已有軟件程序的現狀，實(shí)現軟件編程技術(shù)的創(chuàng )新，完成變送器的二次開(kāi)發(fā)。三是實(shí)現全智能化，高效自動(dòng)化處理數據信息，確保高自動(dòng)控制。四是實(shí)現集成化，增加智能變送器的功能，不再僅僅實(shí)現單一功能。比如可以同時(shí)監測電流、電壓及功率，實(shí)現載荷、位移的一體化。且還應兼并開(kāi)發(fā)智能技術(shù)，促使智能變送器面向集成化方向發(fā)展。五是實(shí)現多領(lǐng)域化，擴展智能變送器的應用范圍，除了可以應用至石油、醫藥以及化工等行業(yè)外，還可以應用至食品加工、家居環(huán)境實(shí)時(shí)控制以及樓宇自動(dòng)化方向 ［ 3 ］ 。

6 結束語(yǔ)

智能變送器儀表在經(jīng)過(guò)改造后，其自身運行安全性與可靠性得到了明顯提升，可以有效滿(mǎn)足車(chē)間工藝的生產(chǎn)需求。由此看出，為了有效保證智能變送器儀器的工作效率，應因地制宜的做好儀表選型與安裝工作，并強化儀表維護管理工作，采用更多先金技術(shù)。通過(guò)這些改進(jìn)后，智能變送器設備的運行可靠性會(huì )明顯增加，儀器維修工作量明顯減少，在提升生產(chǎn)穩定性的基礎上，降低了維修成本，為企業(yè)贏(yíng)得了更多的經(jīng)濟與社會(huì )效益。