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JKM-3051 单晶硅压力变送器
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详细信息
单晶硅压力变送器（以下简称变送器）采用*的集成电路和表面安装工艺，在模拟式变送器的基础上增加了通信、查询、测试、组态等功能，它可提高标定精度，改善环境温度补偿效果，大大提高变送器的质量。
1.变送器应用了数字技术及频率相移键控（FSK）技术，提高了整机性能及可靠性，方便了现场和控制室之间的联系。
2.变送器除具有远程通讯能力外，它还具有本机调量程，调零点按钮，便于现场安装后的就地调整。
3.变送器电子部件采用*的集成电路和表面安装工艺，具有通信、查询、测试、组态等功能。
单晶硅压力变送器工作原理
1.工作原图
图1-1是变送器的基本工作原理，下面将叙述其工作原理和各部件的功能。
1.1“δ”室传感器（敏感元件）
变送器的核心是一个电容式压力传感器，称为“δ”室（见图1-2）。传感器是一个*密封的组件，过程压力通过隔离膜片和灌充液硅油传到感压膜片引起位移。传感膜片和两电容极板之间的电容差由电子部件转换成4～20mA DC的二线制输出的电信号。
1.2线路板模块
变送器的线路板模块是一块采用专用集成电路（ASICS）和表面封装技术的线路板。线路板接收来自传感器的信号并进行修正和线性化。线路板模块的输出部分将数字信号转换成一个模拟输出信号，并可与HART手操器和上位机软件进行通信。
1.2.1 A/D转换
A/D转换电路采用16位低功耗集成电路，将解调器输出的模拟量电流转换成数字量，提供给微处理器作为输入信号。
1.2.2微处理器
变送器的微处理器控制A/D和D/A的转换工作，也能完成自诊断及实现数字通讯。工作时，一个数字压力值被微处理器所处理，并作为数字存储，以确保精密的修正和工程单位的转换。此外，微处理器也能完成传感器的线性化、量程比、阻尼时间以及其它功能设定。
1.2.3 EEPROM存储器
EEPROM存储所有的组态，特性化及数字微调的参数，存储器为非易失性的，因此即使断电，所存储的数据仍能完好保持，以随时实现智能通讯。
1.2.4 D/A转换
D/A转换将微处理器送来的经过校正的数字信号转换为4～20mA模拟信号并输出给回路。
1.2.5数字通讯
通过一台通讯器，对变送器进行测试和组态。或者通过任意支持HART通讯协议的上位系统主机完成通讯。HART协议使用工业标准的BELL202频率相移键控（FSK）技术，以1200Hz或2200Hz的数字信号叠加在4～20mA的信号上实现通讯，通讯时，频率信号对4～20mA的过程不产生任何干扰。
单晶硅压力变送器技术指标
1.功能参数
使用介质：液体、气体和蒸汽。
测量范围：见表6-1中的“量程范围”。
输出信号：二线制4～20mA直流信号上叠加HART数字信号，由用户自由选择线性输出或开方输出。（开方输出曲线详见图3-1）
供电电源：供电电源为12～45VDC，一般工作电源为24VDC。
负载：电路板的负载电阻RL为：RL=（Vs-12V）/0.023A，式中RL：负载电阻Ω，通讯时RL为600Ω；Vs：供电电源电压V。
输出指示器：
液晶显示器：31/2位，字高13mm，输出按百分数显示。
量程和零位：变送器可以通过就地按钮调整或通过采用HART通讯器进行远程调整。
正负迁移：
·差压变送器：正迁移量为测量范围上限值（URL以下同）与测量量程只差；负迁移量为URL。
·压力变送器：正迁移值为URL与测量量程之差。
·压力变送器：正迁移量为URL与测量量程之差；无负迁移。
故障报警：自诊断程序检测出故障，模拟输出高于22mA或低于3.9mA报警，报警高低标志可通过电子部件开关进行选择。
变送器状态写保护：拨动电子部件上开关可以防止变送器组态的改变。
温度范围：电子线路：-40～+85℃ 敏感元件（充硅油）：-40～+104℃ （充惰性油）：-184～+71℃
储藏温度：-40～+55℃
启动时间：阻尼时＜2s
容积吸取量：＜0.16cm3
阻尼：电气阻尼为0～16s，可按0.1s间隔调整，敏感元件（充硅油）固有时间0.2s，量程代号3阻尼时间为0.4s。
2.技术参数
（在无迁移、参与条件、充硅油和隔离膜片为316L不锈钢情况下）
精确度：对变送器量程代号4～8量程比40:1时为±0.2%，其它变送器和量程范围均为±0.25%。
稳定性：十二个月内不超过变送器精度。
温度影响：（对于量程代号4～9、0）；总误差＜±0.3量程限值，每变化10℃；其他变送器和其他量程，以上误差值将增加一倍。
静压影响：
DP类：对于14MPa，±0.25量程限值或±0.5%（量程代号为3），在管道压力下通过调零给予校正。
HP类：±0.2%量程限值，对于32MPa，在管道压力下通过调零给予校正。
振动影响：0.1%量程限值，10～55Hz，S=0.15mm，在任何方向上。
电源影响：小于0.005%输出量程/V。
安装位置影响：当工作膜片不是垂直时，可能产生不大于0.2KPa的零位系统误差，但此误差可通过调整零位来消除，对量程无影响。
结构材料：压力容室、接头、泄放阀、隔离膜片等与介质接触的零件材料见各种型号的“订货型号规格”表。
·螺栓为不锈钢
·电气外壳为低铜铝合金
·电气外壳表面涂层为环氧喷塑
导压连接：在压力容室上连接螺孔为1/4-18NPT，引压接头上的连接螺孔为1/2-14NPT，其中心距可通过改变连接块予以改变（51、54、57mm）。
电气连接：变送器壳体有2个M20×1.5螺孔，用以连接电缆管，壳体内有连接端和测量垫片，用以测试。如与通讯器相连时，则必须固定在测量垫片上。
重量：约3.5kg（不包括附件，带法兰变送器除外）。
防爆：1.隔爆型Exd Ⅱ CT4；2.本质安全型Exia Ⅱ CT6；
单晶硅压力变送器安装
1.概述
变送器可以用来测量流量、液位和应用于其它要求精确测量差压、压力的场合。
变送器和导压管安装的正确与否，直接影响其对压力测量的精度程度。因此，掌握变送器和导压管的正确安装是非常重要的。
由于工艺流程的需要，以及有时为了节约导压管材料等经济的原因，变送器经常安装在工作条件较为恶劣的现场，为了尽可能减少变送器工作条件的恶劣程度，变送器应尽量安装在温度梯度和温度变化较小，无冲击和振动的地方。
注意：被测介质不容许结冰，否则将损伤传感元件隔离膜片，导致变送器损坏。
2.变送器安装形式
图4-1为变送器安装形式图（用户可选）
3.变送器外形尺寸
图4-2和4-3为变送器外形尺寸图
4.导压管
下列资料对变送器的正确安装是非常重要的。安装位置、蒸汽测量和减少误差的方法等要求如下：
4.1安装位置
变送器在工艺管道上的正确的安装位置，与被测介有关。为了获得的安装，应注意考虑下面的情况：
1.防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质相接触。
2.要防止渣滓在导压管内沉积。
3.导压管要尽可能短一些。
4.两边导压管内的液柱压头应保持平衡。
5.导压管应安装在温度梯度和温度波动小的地方。
测量液体流量时，取压口应开在流程管道的侧面，以避免渣滓的沉淀。同时变送器要安装在取压口的旁边或下面，以便气泡排入流程管道之内。
测量气体流量时，取压口应开在流程管道的顶端和侧面。并且变送器应装在流程管道的旁边或上面，以便积聚的液体容易流入流程管道之中。
使用压力容室装有泄放阀的变送器，取压口要开在流程管道的侧面。被测介质为液体时，变送器的泄放阀应装在上面，以便排出渗在被测介质中的气体。被测介质为气体时，变送器的泄放阀应装在下面，以便排放积聚的液体（见图4-4）。压力容室转动180°，就可使泄放阀位置从上面变到下面。
4.2蒸汽的测量
测量蒸汽流量时，取压口开在流程管道的侧面，并且变送器安装在取压口的下面，以便冷凝液能充满在导压管里。
应当注意，在测量蒸汽或其它高温介质时，其温度不应超过变送器的使用极限温度。
被测介质为蒸汽时，导压管中要充满水，以防止蒸汽直接和变送器接触，因为变送器工作时，其容积变化量是微不足道的，所以不需要安装冷凝罐。
4.3减少误差
导压管使变送器和流程工艺管道连在一起，并把工艺管道上取压口处的压力传输到变送器。在压力传输过程中，可能引起误差的原因如下：
1）泄漏；
2）磨损损失（特别使用洁净剂时）；
3）液体管路中有气体（引起压力误差）；
4）气体管路中存积液体（引起压力误差）；
5）两边导压管之间因温差引起的密度不同（引起压力误差）；
减少误差的方法如下：
1）导压管应尽可能短些；
2）当测量液体或蒸汽时，导压管应向上连到流程工艺管道，其斜面应不小于1/12；
3）对于气体测量时，导压管应向下连接到流程工艺管道，其斜度应不小于1/12；
4）液体导压管道的布设要避免中间出现高点，气体导压管的布设要避免中间出现低点；
5）两导压管应保持相同的温度；
6）为避免摩擦影响，导压管的口径应足够大；
7）充满液体的导压管中应无气体存在；
8）当使用隔离液时，两边导压管的液体要相同；
9）采用洁净剂时，洁净剂连接处应靠近工艺管道取压口，洁净剂所经过的道路，其长度和口径应相同，应避免洁净剂通过变送器。
5.安装
变送器可以直接安装在测量点处，可以安装在墙上，或者使用安装板（变送器附件）夹拼在2”（约φ50mm）的管道上。
变送器压力容室上的导压连接孔为1/4-18NPT螺纹孔，根据需要选购引压接头1/2-14NPT锥管螺纹连接的过渡接头或M20×1.5外螺纹接头。变送器可以轻而易举地从过程管道上拆下，方法是拧下固紧接头的两个螺栓。转动连接块，可以改变两个连接孔的中心距。中心距有三种尺寸：51mm，54mm和57mm。变送器可以直接安装在孔板环室、法兰上或通过安装支架直接装在过程管道上。
为了确保接头的密封，在固紧时应按下面步骤操作，两只紧固螺栓应交替用扳手均匀拧紧，其最后拧紧力距大约为40N·m（29bf.ft），切勿一次拧紧某一只螺钉。有时为了安装上的方便，变送器本体上的压力容室可转动。只要压力容室处于垂直面，则变送器本体的转动不会产生零位的变化。如果压力容室水平安装时（例如在垂直管道上测量流量时），必须消除由于导压管高度不同而引起的液柱压力的影响，即重新调零位。
6.接线
信号端子设置在电气盒的一个独立舱内。在接线时，可拧下接线侧的表盖。左面的端子是信号端子，右面的端子是指示表连接图端子（见图4-5）。右面端子上的电流和信号端子上的电流一样，都是4～20m A D C。电源是通过信号线接到变送器的，不需要另外的接线。
信号线可采用双绞线。在电磁干扰较严重的场合，建议使用屏蔽导线，并妥善接地。信号线不要与其它电源线一起穿金属管或放在同一线槽中，也不要在强电设备附近通过。
变送器电气壳体上的穿线孔，应当密封或者塞住（用密封胶），以避免电气壳内潮气积聚。如果穿线孔不密封，则安装变送器时，应使穿线孔朝下，以便排除液体。
信号线可以浮空或在信号回路中任何一点接地，变送器外壳可以接地或不接地。
因为变送器通过电容耦合接地，所以检查绝缘电阻时，不能用高于100V的兆欧表，电路检查应采用不大于45V的电压。
6.1快速采样计算机的滤波方法
电容传感器要求用交流电流去检测电容信号，交流电流由一个32kHz频率的振荡器产生。该电流通过传感器中的测量电容耦合至变送器壳体。因为这种耦合方式，会使负载上可能出现一个交变干扰信号，其大小取决于所选择的接地的方式（见图4-6）。
在负载上出现的这个交流附加电压是一种高频噪音信号，对大多数仪表是没有影响的，但是当计算机采样周期较短时，如按图4-6d的电路接线，则计算机会检测到一个较大的噪音信号，为了滤除这一噪音信号，必须在负载两端接一个1uF大电容或一个32kHz频率的LC滤波器。计算机的连接和接地方法如图4-6a图4-6d所示时，噪音电压的影响不明显，所以不需加滤波器。
7.危险场所的安装
危险场所必须使用防爆型变送器，防爆型变送器是变送器的变型产品，工作原理及基本结构与变送器相同。
防爆型变送器有本质安全型和隔爆型两种。隔爆型和本质安全型仪表符合GB3836.1-2000《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》的规定。
变送器隔爆型的壳体内部能够承受发生爆炸压力，内部发生爆炸并不引起外部规定的爆炸性混合物爆炸，其标志为ds符合GB3836.2-2000《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”》的规定，防爆等级为Exds Ⅱ CT4。
变送器本安型：指电路系统在正常工作或规定的故障状态下产生的点火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物，其标志为ia符合GB3836.4-2000《爆炸性气体环境用电气设备本质安全型“i”》的规定，防爆等级为Exia Ⅱ CT6。变送器与装在控制室里的关联设备安全栅配套使用组成本质安全型防爆系统。
隔爆结构
所有的防爆型变送器的电气部件和线路板都置于防爆壳体之内（见图4-7）。即使仪表因故障而产生火花内部爆炸现象，由于仪表壳体具有足够的机械强度和隔爆性能，不但不会损坏隔爆外壳，而且也不能使壳体外的爆炸性混合物爆炸。
变送器隔爆型的结构按防爆标准进行严格的检查和试验，包括接线端子基体（耐弧塑料制成）、出线口采用防水引入装置、电子壳体、盖子、表头、“O”形圈等。
变送器隔爆型电缆的引入采用防水引入装置，另一侧的耐压密封螺纹用密封塞封死，变送器隔爆型在出厂之前，此隔爆壳体的耐压密封螺纹处要经过密封水压试验，因此用户不得自行拆卸，若拆卸重装时需做耐压密封试验。
8.液位测量
用来测量液位的差压变送器，实际上是测量液柱的静压力。这个压力由液位的高低和液体比重所决定，其大小等于取压口上方的液面高度乘以液体的比重，而与容器的体积或形状无关。
8.1液位测量
8.1.1开口容器的液位测量
测量开口容器液位时，变送器装在靠近容器的底部，以便测量其上方液面高度所对应的压力。如图4-8所示。容器液位的压力，连接变送器的高压侧，而低压侧通大气。如果被测液位变化范围的液位，在变送器安装处的上方，则变送器必须进行正迁移。
8.1.2密闭容器的液位测量
在密闭容器中，液体上面容器的压力影响容器底部被测得压力。因此，容器底部的压力等于液面高度乘以液体的比重再加上密闭容器的压力。
为了测得真正的液位，应从测得的容器底部压力减去容器的压力。为此，在容器的顶部开一个取压口，并将它接到变送器的低压侧，这样容器中的压力就同时作用于变送器的高低压侧。结果所得到的差压就正比于液面高度和液体的比重的乘积了。
1）干导压连接
如果液体上面的气体不冷凝，变送器低压侧的连接管就保持干的，这种情况称为干导压连接。决定变送器测量范围的方法与开口容器液位的方法相同（见图4-8）。
2）湿导压连接
如果液体上面的气体出现冷凝，变送器低压侧的导压管里会渐渐地积存液体，就会引起测量的误差。为了消除这种误差，预先用某种液体灌充在变送器的低压侧导压管中，这种情况称为湿导压连接。
3）双法兰连接
变送器高压侧法兰安装在密闭容器的下部，低压侧法兰安装在密闭容器的上部，法兰对接，螺栓固定，密封圈一般为聚四氟乙烯垫片。
上述情况，使变送器的低压侧存在一个压力，所以必须进行负迁移（见图4-9）。
8.1.3用吹气法测量液位
测量开口容器的液位，也可用“吹气法”。此时，变送器安装在开口容器的上方（见图4-10）。整个装置由气源、稳压阀、恒定流量计、变送器和插入容器下面的管子组成。因为通过管子的气体的流速是恒定的，所以保持气体恒定流动的压力（即送入变送器的压力）就等于管口处到液面-垂直距离乘以液体的比重。
单晶硅压力变送器维护
1.概述
变送器无可动机械部件，很少需要定期维护，其调整或改变测量范围的步骤已在前面章节中作了叙述。
本节介绍传感器组件的测试方法，整机拆卸和重新装配的步骤和故障排除指南。
1.1传感器组件的测试
传感器组件有故障，不能再现场修理，只有更换。如果没有发现诸如隔离膜片损坏或漏油那样的现象，则必须更换传感器组件。
2.拆卸步骤
2.1拆卸传感器本体
1）在拆卸传感器本体之前，要先把变送器从工艺管道上拆下来
2）拧下四个螺栓，便可取下正、负压力容室；（注意小心不要划伤或碰坏隔离膜片。）
3）清洗隔离膜片时要用软布浸过中性清洁剂，然后用清水清洗；（注意不能用任何氯化物溶液或含酸的溶液清洗。）
4）为了安装上的方便，接头和正负压力容室可以转动或反装。
5）重新装配后需要进行温度循环以保证其性能。重装传感器本体的步骤中包括这一步。
2.2电气盒
1）拧下接线端子侧的表盖就可触及信号端子（电源端子），它们牢牢固紧的电气盒内。
2）拧下电路侧的表盖，就可以触及电子部件和显示表头。应养成一种良好习惯，先断开电源，再取下电路侧的表盖。
2.3传感器组件与电气盒的分离
1）拆下电子部件和表头。
2）松开锁紧螺钉。
3）小心地将传感器引出线插针从电气盒上的插座中拉出小心！不要损坏组件上的阴线，请要特别注意，在拧下传感组件时，不要将组件的隔膜片碰坏。
4）传感器是整体焊接部件，不能再分解了。
3.重装步骤
3.1准备工作
1）检查所有的密封“O”型圈，如有必要须更换“O”型圈。在这些“O”型圈上涂一层薄薄的硅脂，以保证其良好的密封性能。
2）检查连接螺纹。由于隔爆要求，必须保证至少有5圈完好无伤的、能充分啮合的螺纹。
3.2电气盒与传感器组件的连接
1）将传感器组件引出线插座穿入电气盒内。
2）在传感器组件的连接螺纹上涂上密封剂，以保证牢固的水密封。
3）传感器拧入电气盒中时，要有5圈螺纹*啮合，注意，不要损坏或绞紧传感器的引出线。
4）为便于安装，应注意传感器组件高、低压侧的取向。
3.3电气盒
1）检查电路板，看它们是否清洁。
2）连接板上的插头座必须保证清洁。
3）拧紧电子部件上两颗紧固螺钉。
3.4流程传感器本体
1）小心地把“O”型圈放在隔离膜片周围
2）按所需取向放好压力容室，并用手指拧紧四个螺栓
3）按以下步骤使压力容室均衡地座落在传感器壳体上
a.用手指拧紧所有螺栓
b.拧紧一个螺栓直到压力容室落座
c.在对角的一对螺栓上施加力矩
d.在对螺栓上施加力矩
e.在另一对螺栓上施加力矩
f.检查压力容室座落在传感器的情况，确定压力容室没有翘起
g.检查四只螺栓是否牢固地拧紧到40 N·m
h.对测量代码2、3的变送器，在校验这前，要实施二个温度循环，循环温度应超过所要求的工作温度范围。
3.5现场指示表头
先将液晶显示模块用螺钉连接正负极旋紧固定，此时液晶屏幕上有数字输出表示连接正常，用户可以根据需要用短路线和调整螺钉来设置小同型式的输出。
3.6零部件的互换
有些机械零件，如压力容室、接头、电气盒室、表盖和安装架，各仪表之间无论量程、校验、输出信号如何，都可通用互换。
4.故障检修
在变送器故障情况下，下述步骤可帮助找出问题原因。同时可帮助决定是否需要拆下来修理。这些资料帮助诊断和修理三大基本故障症状，对每种症状，先处理最容易检查的条件，如无法修理请同本厂服务中心联系。
4.1输出过大
可能的原因和解决的方法：
1）一次元件（如孔板等）检查一次元件的范围
2）导压管
a.检查导压管是否泄漏或堵塞
b.检查截止阀是否全开
c.检查气体导压管内是否存有液体，液体导压管是否有气体
d.检查变送器压力容室内有无沉积物
e.检查导压管内液体、比重是否改变
3）变送器的电气连接
a.保证接插件接触处清洁和检查传感器连接情况
b.检查电源电压是否在12～45VDC范围内
4）变送器的电路故障
a.用HART通讯器进入“Self Test”模式以判明电子部件的失效
b.更换有故障的电子部件
5）传感器组件
参照本节传感器组件的检查
6）电源
检查电源的输出是否符合所需电压值
4.2输出过小或无输出
可能的原因和解决的方法
1）一次元件
a.检查元件的安装及工作条件
b.检查被测介质的特性是否变化，它可能影响输出
2）接线回路
a.检查加到变送器上的电压是否正常
b.检查回路是否短路或多点接地
c.检查回路连接的正负极性
d.用HART通讯器进入“Loop Test”模式检查回路阻抗是否符合要求
3）导压管
a.检查管道压力连接是否正确
b.检查导压管是否泄露或堵塞
c.检查充液导压管中是否存在有气体
d.检查变送器的压力容室中有无沉积物
e.检查截止阀是否全开，平衡阀是否关严
f.检查导压管内液体的比重是否改变
4）变送器的电气连接
a.检查变送器传感器组件的引出线是否短接
b.保证接插件接触处清洁和检查传感器组件连接情况
5）31/2位LCD现场指示表接线端在无指示表或指示表故障时，是否用导线短接。
6）变送器的电路故障
a.用HART通讯器进入“Self Test”模式以判明电子部件的失效与否
b.更换有故障的电子部件
7）传感器组件（参考本节中传感器件检查的内容）
4.3输出不稳定
可能的原因和解决的方法
1）接线回路
a.检查变送器是否有间歇性的短路，开路和多点接地的现象
b.检查加到变送器的电压是否合适
注意！切勿用高于45V电压去检查回路
2）被测液体波动（调整电路的阻尼作用）
3）导压管
检查充液导压管内有无气体和气体导压管内有无液体
4）变送器的电气连接
a.检查变送器回路是否有间歇性的短路或开路现象
b.保证接插件接触处清洁和检查传感器组件连接地情况
5）变送器的电路故障
a.用HART通讯器进入“Self Test”模式以判明电子部件的失效
b.更换有故障的电子部件。
6）传感器组件（参见本节中传感器组件的检查的内容）
4.4变送器无法通行
可能的原因和解决的方法
1）电源异常（检查电源电压是否符合要求）
2）负载电阻
3）检查负载电阻是否符合要求（参见图2-2负载特性图），最小为250Ω 变送器电路故障（更换故障的电子部件）
