變送器選型失誤分析
信息來源: 華恒 | [ 2014-03-07 ] 點擊量: 1319

 概述
在某工程工業鍋爐項目儀表選型討論會上,筆者看到兩家公司的選型方案,其壓力、差壓變送器部分選用的是的EJA變送器,部分采用最新產品EJX,檔次是比較高的,總數約100多臺,涉及鍋爐煙氣系統微壓、微差壓(量程≦6kPa)的變送器達數十臺,約占總數的40%,其中有代表性的選型見表1。
 表1 微壓、微差壓(量程≦6kPa)變送器選型
雖然從測量范圍上看,上述選型中要求的測量范圍均符合要求,但由于其測量范圍均處于該變送器可測量范圍的低端,量程比值均等于或大于16.7:1,從變送器選型要求量程比值應盡量小(例如小于10:1)的原則來看,上表所列的選型顯然是不恰當的。本文將從實際使用精確度和溫度對測量精確度影響兩個方面分析為什么上述選型是不恰當的。
2 實際使用精確度分析
變送器類產品選型樣本中所列精確度我們通常稱之為“指標精確度”,EJA110A的指標精確度為0.075%,EJX110A的指標精確度為0.04%(可選0.025%)。變送器實際使用(在環境溫度、靜壓、電源電壓相對穩定)時所能達到的精確度我們稱之為“使用精確度”。
使用精確度通常可依據變送器選型樣本中所列與量程比有關的精確度計算公式計算,通過計算,我們可以看到對大量程比的變送器來說,在某一量程比范圍內,指標精確度和使用精確度是一致的,如超過這一量程比,使用精確度將低于指標精確度,而且降低的幅度是相當大的。
雖然大量程比變送器的可調量程范圍很大,但當實際使用的量程比值很大時,使用精確度也下降得很厲害,所以大量程比變送器的真正可使用的量程比并不大。實際可使用量程比指的就是在這個范圍內,變送器的指標精確度與使用精確度相等,超出實際可使用量程比的范圍,變送器的使用精確度將低于指標精確度,精確度降低這是用戶和廠家都不希望看到的結果。以表1為例,按廠家提供的資料,EJX110A的可測量范圍是0.1~10kPa,但保證精確度0.04%的實際可使用的量程比是5:1(即測量量程≥2kPa);EJA110A的可測量范圍是1~100 kPa,保證精確度0.075%的實際可使用的量程比是10:1(即測量量程≥10kPa)。計算所得變送器的使用精確度見表2
表2  微壓、微差壓(量程≦6kPa)變送器使用精確度
首先分析EJA110A的選型,1~100 kPa的量程代號為M ,如果選上面一檔L,其可測量范圍是0.5~10kPa,保證精確度0.075%的實際可使用的量程比是3.33:1(即測量量程≥3kPa)。對應1、1.58、2、3、4、6 kPa測量量程的使用精確度分別為0.175%、0.12%、0.1%、0.075%、0.075%、0.075%,均優于M量程,這說明選用M量程是不合適的。
其次分析EJX110A,由于EJX系列暫時未推出最大量程僅為1kPa的120A產品,而在EJA系列中目前已經有量程為0.1~1kPa的120A產品,雖然表面上看EJX精確度比EJA高得多,但由于這幾個量程EJX產品的實際使用量程比較大(約為33:1~20:1),所以使用精確度較低,如果仍選用EJA產品中的120A(高精確度型HAC精確度為0.1%),則不僅價格降低,而且實際使用精確度與EJX基本相當,這是因為EJA120A的最大量程僅為1kPa,所以這幾個量程EJA產品的實際使用量程比較小(約為3.3:1~2:1),較為接近最大量程。經計算,對應0.3、0.4、0.5kPa量程的使用精確度分別為0.117%、0.1%、0.1%。如果再加上下一節所介紹的溫度對測量精確度產生的影響,選用EJA120微差壓變送器將明顯優于EJX。
3 環境溫度對測量精確度影響分析
    前面分析的精確度指標是在環境溫度、靜壓、電源電壓相對穩定時所能達到的精確度,而在實際生產過程中,環境溫度、靜壓、電源電壓等參數都可能變化。在這樣的條件下,精確度指標還會降低。下面以環境溫度變化的影響為例進行分析。
我們知道,周圍環境條件對測量精確度的影響是以滿量程的相對值表示,例如當環境溫度變化28℃(50℉)時,EJA110A的L量程的計算公式為:
  ±(0.08%量程+0.09%URL)     M量程為:±(0.07%量程+0.02%URL)
式中:URL為最大量程,對L、M量程分別為10 kPa、100 kPa。
經計算,對1kPa、1.58kPa、2kPa、3kPa、4kPa、6 kPa的測量量程,環境溫度變化28℃時的影響量對比見表3。
表3  EJA110A的L、M量程環境溫度變化28℃時的影響量
由表3可見,同一測量量程雖然可選L、M兩個量程中的任何一個,但顯然選擇L量程更為恰當,其影響量大約小一倍。
    其次分析EJX110A,由于這幾個量程EJX產品的實際使用量程比較大,所以在環境溫度變化28℃時的影響量也較大,如果仍選用EJA產品中的120A(高精確度型HAC,精確度為0.1%),兩者在環境溫度變化28℃時的影響量的比較見表4。
表4  EJX110A的L量程與EJA120A的E量程環境溫度變化28℃時的影響量
由表4可見,同一測量量程雖然可選EJX110A的L量程、EJA120A的E量程兩個量程中的任何一個,但顯然選擇EJA120A的E量程更為恰當。因為它不僅價格便宜,而且在溫度變化28℃時的影響量僅為EJX110A的L量程的1/4左右。這更進一步說明了即使是最新型的、最高精確度的變送器,如果選型不當,用戶實際使用時的精確度還遠遠不如相對老一點、指標精確度低一點的產品。在上述量程變送器的使用環境中,有的環境溫度變化相當大,例如測量汽包水位差壓變送器(表中量程1.58kPa)的環境溫度變化可能超過50℃,這種情況下變送器的穩定性就變得非常差了。
除此之外,靜壓的影響也與溫度影響相似,用戶實際使用時的量程比越大,靜壓的影響也越大,實際使用的精確度則越低。
    EJX產品樣本中還有一組數據更形象地說明了實際使用時的量程比與精確度的關系:資料中給出了整體精確度(Total Accuracy)的概念,它是衡量變送器整體性能的綜合指標,包含了實際裝置所有主要因素導致的測量誤差,它提供了實際運行時總的誤差和所能達到的真實綜合精確度。
資料提供的計算公式如下:對EJX110A M量程 0.04%精確度的產品來說,當量程比為1:1,即所選量程為最大量程(0~100kPa)時,橫河公司給出的整體精確度指標是±0.12%;當量程比為5:1時,即所選量程為1/5最大量程(0~20kPa)時,給出的整體精確度指標是±0.25%。這就告訴我們,廠家宣傳的精確度指標是在恒溫、恒靜壓等條件下的測試結果,并不是在實際使用條件下可以真正達到的精確度。這同時也讓我們知道,即使在實際可使用量程比范圍內,所選量程越接近最大量程,其實際使用精確度越高。
4 結束語
變送器選型時,用戶應根據工藝要求的測量范圍選擇變送器的量程,此時要做到以下三點:
所選變送器的量程在變送器的測量范圍內;
所選變送器的量程在變送器的實際可使用的量程比范圍內;
所選變送器的量程盡量接近變送器的最大量程。
通常情況下,第一點很容易做到,因為這是最基本的;第二點要在幾個相鄰量程中做出選擇,通常也可能做到;第三點則要看各廠家變送器的相鄰量程的比值,有時候可以挑選,有時候就沒有選擇余地了。只做到第一點,變送器的測量精確度很難保證;做到第二點,變送器的測量精確度基本保證;做到第三點,變送器的測量精確度就可能達到最佳值。希望用戶在使用或選型時要特別注意這個問題。
作為變送器的生產廠家來說,也應做到以下幾點:
不要夸大宣傳大量程比變送器的優點;
在產品選型資料中要重點宣傳選擇變送器的量程應在變送器的實際可使用的量程比范圍內并盡量接近變送器的最大量程;
在確定廠家變送器產品量程序列時,相鄰量程最大測量值之比應小一點,目前10:1較為流行(如羅斯蒙特、橫河等公司),6~8:1的廠家(如ABB等公司)較多。筆者建議采用3~5:1最佳,這樣可為用戶變送器選型盡量接近變送器的最大量程創造條件。

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