变送器更精确、更稳定、更安全

[摘要]:在四十多年的发展历程中，压力、差压变送器经历了模拟式、智能式、数字智能式三代产品，本文重点叙述了这三代产品的主要技术指标和特点。 [关键词]:模拟式变送器 智能式变送器 数字智能式变送器 精确度 量程比 [中图分类号]TP [文献标识码] [文章编号] Transmitters are More Accurate, More Ability, More Safe FANG Yuan-bai (Kunming Non-Ferrous Metallurgy Design & Research Institute, Kunming 650051) Abstract :In the development course for more than forty years, pressure transmitter and difference pressure transmitter go through three stages: analog transmitter, intelligent transmitter, digital_intelligent transmitter. Main specification and features are emphasis introduced. Key words: Analog transmitter Digital Transmitter digital_Intelligent_ transmitter Accuracy Turndown ratio 1.历史回顾 压力、差压变送器是自动化仪表中最重要的一类，应用范围很广，除了可用于压力、差压测量之外，还可用于流量、液位、比重等其它参数的测量。它的销售量非常大，据介绍，仅横河川仪公司2004年的销售量就达到10万台，而美国罗斯蒙特（Rosemount，艾默生过程管理的子公司）公司1151型和3051型年产量达到43万台，35年来的总产量超过800万台。而日本横河(Yokogawa)公司自1991年推出EJA压力、差压变送器以来，总产量超过150万台。 上世纪六十年代至七十年代末期，我们通常使用的是国产力平衡式电动II型、III型变送器，精确度很低，性能也不稳定，故障率较高。八十年代初期，西安仪表厂与美国罗斯蒙特公司合作，在西仪生产1151系列变送器，从而开创了国外高性能变送器快速进入中国市场的先例；随后日本富士(Fuji)公司FC系列变送器、日本日立(HITACHI)公司EDR/EPR系列变送器也在我国上海自动化仪表一厂、兰炼仪表厂、大连仪表厂引进生产。 而随着国外仪器仪表公司变送器产品的大量涌入，我们逐步接受了包括美国霍尼威尔(Honeywell)公司、美国罗斯蒙特公司、日本横河公司、德国E+H(Endress+Hauser)公司、美国福克斯波罗(Foxboro)公司、日本富士(Fuji)公司、日本日立公司、美国摩尔（Moore）公司、美国斯玛(Smar)公司等生产的产品。 九十年代初期，四川仪表总厂与横河公司合资成立重庆川仪横河公司（后改成重庆横河川仪公司），生产EJA系列变送器，同时通过川仪总厂及横河公司在华的销售网络大力推销，年销售额快速增长，其风头甚至盖过罗斯蒙特公司的变送器类产品。ABB公司1999年推出MV2000T智能变送器后，也采用了与罗斯蒙特公司、横河公司几乎相同的方式，在中国寻求合作伙伴——上海威尔泰公司，合资建立生产线，并已经取得了年销售数万台的业绩。近年来，由于跨国公司在中国变送器的销售量大幅增长，除了日本富士公司与浙大中控仪表公司合作生产CXT变送器之外，德国西门子公司、德国E+H公司、ABB公司均已在中国建立自己的变送器生产线。由此可见，在中国变送器市场上的竞争将越来越激烈。 我们接触了这么多的变送器，细想一下，应该可以大致按十年一代的周期将其分为模拟式、智能式、数字智能式三代产品。 2 第一代产品——模拟式变送器 我们早期使用的是国产力平衡式电动II型、III型变送器，精确度只能达到0.5%、1.0%，八十年代初期，西安仪表厂引进美国罗斯蒙特公司代表国外七十年代初期水平的1151系列变送器，除了DR型微差压变送器的精确度是0.5%以外，其余的大都是0.25%，这是中国人大量接触的第一代国外变送器。其特点是采用4~20mA信号传输的模拟仪表，就地显示表头为指针式，量程比在6：1左右，精确度为0.25~0.5%，稳定性6个月。前面提到的日本富士公司FC系列变送器、日本日立公司EDR/EPR系列变送器也属同一时代的产品。 图1 引进罗斯蒙特公司技术后在中国生产的1151系列变送器 3 第二代产品——智能式变送器 1983年，美国霍尼威尔公司首先推出智能式变送器——ST3000，1989年又推出第一台全数字双向协议的智能式变送器，其特点是：传感元件采用微机械电子加工技术，安装有测温补偿元件及大规模集成电路组成的电路板；提高了变送器的检测精度和量程比；带本公司的DE通讯协议，同时传输模拟信号和数字信号；变送器就地显示表由模拟指针式改进为数字式（见图2）；可用手操器或在控制系统远程组态，实现远方设定或远方修改变送器组态数据。 图2 模拟指针式（左）、数字式（右）的就地显示表 稍后，罗斯蒙特公司1151系列变送器经过了几次改进，量程比分别达到15：1、40：1、50：1，精确度分别达到0.1%、0.075%，稳定性由6个月提高到2年，且部分产品带HART协议，已实现模拟仪表向智能化的过渡。目前，作为罗斯蒙特公司变送器类的中低端产品，1151系列变送器至今仍然畅销，且销售量占变送器总量的20%。 九十年代初，随着日本横河公司EJA变送器进入中国（见图3），o.1% （EJA-xxx）、0.075%（1998年问世的EJA-xxxA）精确度的变送器产品也引起了我们的关注，它的卖点除了高精确度、大量程比、高稳定性外，还有差压变送器单向过压可达到14MPa，可不加三阀组而直接安装使用。 除上述变送器外，与此相当的产品有罗斯蒙特公司的3051C变送器、德国E+H公司的Cerabar S变送器、美国福克斯波罗公司的I/A变送器 、日本富士公司的FCX变送器、美国摩尔公司的XTC变送器、美国斯玛公司的LD301、LD302变送器、德国西门子公司的SITRANS P DSIII、德国ABB公司的MV2000T变送器。第二代变送器量程比可达到100：1（霍尼威尔公司有的产品甚至达到400：1、555：1），精确度为o.1%~0.05% ，稳定性1~5年。第二代变送器稍早期的产品中带HART协议或本公司内部协议（如霍尼威尔公司的DE协议、横河公司的BRAIN协议、福克斯波罗公司的FoxCon协议、ABB公司的Bailey FSK协议等等），后期的产品已经带有符合现场总线国际标准的FF或PROFIBUS-PA协议。 图3 横河公司的EJA差压、压力、法兰式差压、隔膜式压力变送器 4 第三代产品——数字智能式变送器 进入二十一世纪，第三代变送器又逐步走入我们的视野，其代表性的产品是美国罗斯蒙特公司的3051S变送器、日本横河公司的EJX变送器、美国霍尼威尔公司的ST3000/100变送器和德国ABB公司的2600T265系列变送器。第三代变送器的突出优点是： 1） 先进检测技术的采用 据罗斯蒙特公司介绍，3051S变送器在电容式测量原理的基础上，采用超级模块（SuperModule）设计及先进的土星（Satum）双传感器检测技术（见图4），扩大了自诊断能力，使变送器零漂降低30%，过压性能提高10倍；改进了传感膜头制造工艺，提高了膜头精度和静压性能；改进充油工艺过程，优化了产品性能；采用新的专用集成电路ASIC技术，使变送器线性更好，精确度更高；超级模块与单一电路板置于全焊接真空密封的不锈钢壳体内，因而消除了湿气、粉尘及其它现场恶劣环境对变送器测量的影响。 图4 罗斯蒙特公司的3051S变送器的“超级模块”原理图 1 全焊接的密封设计；2 316L不锈钢外壳；3 土星检测技术；4 共平面的过程隔离法兰； 5 多总线输出信号；6 专用集成电路ASIC技术；7 单一电路板 ABB公司2600T变送器是综合了ABB公司2000T和600T优点开发的新型变送器，他采用了多传感器的结构，传感器的类型有电感式、压电式、电容式，可根据量程和应用来选择最合适的传感器。 2) 精确度提高 它们声称的精确度均优于 0.05%，如ABB公司的2600T265系列变送器为 0.04%，霍尼威尔公司的ST3000 100变送器为0.0375%，罗斯蒙特公司的3051S变送器、横河公司的EJX变送器为0.025%。当然，这是指结构较为简单的压力、差压变送器的常规量程（通常不包括远传压力、差压变送器、绝对压力变送器及压力、差压变送器的微压、超高压量程）。 3）部分产品的量程比扩大、量程分档更细 部分产品的量程比扩大了，例如横河公司的EJA差压变送器L、M、H量程分别为0.5～10 kPa、1～100 kPa、5～500 kPa，量程比分别为20：1、100：1、100：1，而EJX变送器L、M、H量程分别为0.1～10 kPa、0.5～100 kPa、2.5～500 kPa，量程比分别为100：1、200：1、200：1。 还有一个细节是第三代变送器的量程分档更细了，横河公司EJA430A压力变送器量程仅有两档：0.03~3 MPa、0.14~14 MPa，而EJX430A压力变送器量程增加到三档：0.0025~0.5MPa、0.0175~3.5 MPa、0.08~16MPa，不仅量程比由EJA的100：1提高到200：1，延伸了测量范围，而且可使用户选型时将使用量程定到更接近在最大量程的地方，从而提高变送器的使用精确度。 作者曾在多篇文章中指出不要片面宣传大量程比，对于超过保证精确度的实际可使用量程比的场合（例如量程比超过20：1），由于精确度大幅降低，已经失去使用高精确度变送器的意义。所以作者建议量程比无需太大。100：1，甚至50：1已经足够，但是变送器的量程分档应当细。

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