孟祥斌

随着现代化企业技术不断更新，一些新型仪表相继问世，在测量流量的差压变送器中，美国SMAR公司LD301智能差压变送器在石化行业应用比较广泛，虽然它有许多优点，但是其零点漂移的问题，一直困扰着使用者，定期的回零检查不但费力，而且不能从根本上解决问题。本文将介绍其性能原理，及笔者在生产实践中找到的，彻底解决LD301变送器零点漂移的方法。
1  LD301变送器的性能原理
(1)  结构
LD301智能变送器由敏感部件、硬件和软件三部分组成。
(2)  性能原理
①  敏感部件工作原理
LD301变送器采用电容传感器（电容室）作为压力敏感元件，如图1所示，其中P1、P2为压力且P1≥P2，CH为P1侧固定极板和敏感膜片之间的电容，CL为P2侧固定极板和敏感膜片之间的电容，d为CH和CL固定极板间距离，Δd为P1~P2引起的的敏感膜片的偏移，ΔP为差压。
二块平行板组成电容器，其电容值可以用板面积(A)和板间距离d的函数关系表示为：C=εA/d。ε为介电常数。
假定CH和CL是面积相等的平行板电容。那么CH=εA/[（d/2）+Δd ]，CL=εA/[（d/2）-Δd]。如果加在电容室上的差压（ΔP）使敏感膜片的偏移不超过d/4，那么可以认为ΔP正比于Δd即ΔP∝Δd，（CL-CH）/（CL=CH）=2Δd/d；如果固定板CH和CL间距离d是常数，那么（CL-CH）/（CL=CH）正比于Δd，因而就正比于要测量的差压。电容室是由两个电容组成的压力敏感部件，它的电容值随所加压差而变化。 

图1  电容传感器（电容室）示意图

②  硬件工作原理
硬件组件是由膜盒组件和主电路板两部分组成。
振荡器产生一个供电容膜盒使用的交流频率，经过信号隔离，通过压变输到CPU，CPU是变送器智能核心，它控制整个变送器的线性化和通迅。运行程序存储于PROM，运算数据存于RAM，而一些数据存放在EEPROM。例如标定数据组态等内容。微功耗液晶显示从CPU接收数据显示。此外两个干簧管安装在电子线路板上，而外壳有二个盲孔。置入磁性工具，干簧管接通，分别发出调零信号（4mA）与满量程信号（20mA）。
③  软件工作原理
在LD301硬件基础上，SMAR开发软件具有丰富性能。主要包括：数字滤波、工厂标定、用户标定、压力整定、量程调整、输出功能选择、控制功能整定、输出显示、电流整定等多种功能。而变送器是否参与调节视控制要求而定。
2  变送器准确计量的前提和基础
变送器的结构及性能原理都决定变送器在使用过程中要克服外界因素影响和正确安装，只有这样变送器才能准确计量。
(1)  克服环境因素影响
环境因素是影响变送器准确度的一个难于控制的条件，但可以通过一些途径减少温度、湿度和振动的影响。
①  LD301内装一个温度敏感元件，出厂前在变送器作温度试验时把温度的影响已存在变送器存储器中，这样现场温度变化影响被大大减少。但对环境温度剧烈变化的地方应有保护措施，在比较热的环境中，变送器安装不能直接曝露在阳光下，不能靠近高温和容器处安装，测高温介质的取压口和变送器之间必须采用较长的导压管。
②  湿度对电子电路非常有害，在相对湿度很高区域，应采取严格的密封来尽量减少湿度的影响。
③  虽然变送器实际上对振动是不敏感的，但安装时也要尽量避免靠近泵、涡轮机和其它振动装置。
(2)  变送器的正确安装
变送器安装相对于取压口位置是有严格规定的，只有正确安装才能够保证准确的测量，参见表1。

3  LD301变送器零点漂移的解决办法
在正确标定和安装后，LD301变送器便可正常投入使用，日常工作中，使用者对LD301调整4mA相应压力值的常用方法有三种：
①  只用HHT编程器，不用参考标准压力。
②  用HHT编程器和标准压力表。
③  用变送器上零点和满度的本地调节孔和标准压力值。
而这三种方法都不能从根本上解决LD301变送器零点漂移问题。
正确的操作应是，用HHT编程器进入TRIM整定功能。首先选择压力整定PRESSURE TIRM，由于每个传感器在规定压力和传感器输出信号之间都有一特定的曲线关系，该曲线适用于各自的传感器，并存入传感器电路的存贮器中。当传感器与变送器连接时，其存储器中的内容与微机接通，微机使传感器信号与测量压力相对应。PRESSURE TRIM功能使变送器与给定压力相匹配。
零点漂移可由ZERO PRESSURE TRIM进行修正，用光标选择TRIM和PRESSURE显示为：

使变送器的两个容室中的压力相等（零差压）待压力稳定后按（EXE）显示为：

如果显示PV等于或非常接近于0，则按（Y）键，否则按（N）键。电路将根据零点与读数之差，修改整条特性曲线，直到读数等于0按（Y）键。
在零点整定后，为了获得更高精度的数字读数，需进一步对UPPER PRESSORE TRIM进行整定。用标准仪器给定期望上限值，用光标选择PRESSURE TRIM显示为：

按EXE显示为：

如果压力值非常接近给定压力则按（Y），否则按（N）则显示为：

假定给定值为20kPa，则键入20KPa并按EXE，

按（Y）则整条特性曲线修正完毕。
之后再用标准压力输入25%、50%范围，看输出线性误差是否很大。如果很大则选精密压力表对此变送器进行非线性调整。
选择TIRM和PRESSURE显示：

用光标选择charcteriz-Trim按（EXE）则显示为：

按（Y）改变，按（N）返回上一级菜单，按Y显示为：

如果变送器接到一个高精度压力标准上按（Y），否则按（N）返回前一菜单，如果已经按Y则显示为：

P1、P2、P3、P4、P5为线性修正点所供压力值，假设工作范围为0~40KPa，则各点选为P1=0KPa，P2=10KPa，P3=20KPa，P4=30KPa，P5=40KPa。按对应标准压力调P1~P5。准确到给定值，则线性调整完毕。
上述操作完成后进行电流锁定选择TRIM功能将显示：

选择光标至CURRENT按EXE显示为：

选择4mA按EXE则显示为：

稍后显示为：

如果此时电流读数为4mA则按Y，如果不是4mA，例如是4.08mA则按（N）显示为：

此时键入4.08mA，然后按EXE，电流读数正确与否，显示屏上都重复上述问题。将读数做出正确回答，直到读数4mA为止。用同样方法将20mA电流调整完毕，此时电流零点已被锁定。
综上所述LD301差压变送器的零点漂移已经消除，零点锁定已经完成，变送器的性能将会十分稳定。因为ZERO PRESSURE TRIM功能校正了，由安装或长时间漂移的原因产生的零漂，使特性曲线移至适当位置。UPPER PRESSORE功能对上限压力读数进行校正，使仪表获得更高精度的读数。因此整条特性曲线将由这两个功能，分别补偿传感器机械增益（如过压）等各种原因引起的任何小误差，仪表稳定性和精确度大大增强。
4  实际应用情况
通过上述方法，2002年5月，笔者成功标定了大庆石化公司水气厂脱盐水站10台LD301差压变送器。至今检查零点线性十分稳定，没有漂移现象。此外2003年5月在标定一循环水场4.0MPa蒸汽流量工作中，作者也采用了此方法。结果将原来零点漂移由（-1.3KPa~28.6KPa）迁回到标准(0~29.4KPa)，每小时比标定前减少3吨多蒸汽量,得到生产车间的认可。按50元/吨计算，每年可为水气厂节约140多万元蒸汽消耗费用。为水气厂节能降耗做出了一定贡献。此外LD301变送器各部件之间是相互连接的，一个部件坏了，只要修复或更换，不会影响其他部件的使用。因此维护使用起来方便，也利于节省仪表更新费用。