各類工業測量的變送器原理簡單了解及其常見故障解決方案

    　引言
　　工業現場測量中傳感器和變送送器是兩個經常被提到的詞，在現代化的工業生產中，自動化控制的水平和范圍越來越廣，許多物理量的測量、記錄與計算都需要各類自動化儀表，如溫度、壓力、液位、流量、成分等，各種物理量終的輸出都需要有一個統一的記錄標準，現在常見的就是將這些物理量轉換成統一的4—20mA的標準信號輸出，變送器比傳感器的優勢在于其在完成非電量轉換成可測量的電量后，還能實現信號的放大。社會工業化的發展使變送器的應用也越來越**，變送器的種類有很多，在工控儀表上和工業自動化領域中起著重要作用，主要應用的變送器主要有溫度變送器、差壓變送器、流量變送器等等。變送器具有將各類物理量信號標準化、 信號隔離以及方便信號傳輸等多種優點，可以保證生產工藝的準確度、穩定性和可靠性。本文通過對變位器進行分類，分析了變送器應用中常見故障及應對策略，希望能在實際應用中保障生產安全。但變送器應用中，也出現越來越多的問題，由于安裝及維護水平較低，變送器出現問題一般會比較棘手，這不僅會影響到生產的正常進行，更嚴重的還會威脅到生產安全。

　　1 變送器的種類及特點
　　1.1 變送器概念
　　變送器主要通過對溫度、壓力、成分等物理量進行測量，并轉換成統一的標準電流信號，并對信號進行放大，性能比傳感器更加優化，是自動控制系統的一個重要組成部分。
　　變送器的分類可以依據被測物理量的不同分為：一體化溫度變送器、差壓變送器、電容式物位變送器、液位變送器、超聲波變送器；根據信號標準不同則可以分為：差壓變送器、銻電極酸度變送器、濃度變送器、電導變送器、智能變送器。
　　1.2 差壓變送器
　　差送變壓器的主要組成包括：測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等。其功能主要通過將接收的氣體、液體等壓力信號轉化成標準且相對穩定的電流電壓信號來實現，這些數據可以給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表提供二次測量數據，以完成指示和過程調節，差壓變送器根據測壓范圍可分成一般差壓變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種。
　　差壓變送器的測量原理為：在集成硅壓力敏感元件的兩端分別施加流程壓力和參考壓力，通過不同壓力之間產生的壓力差使硅片產生很小位移的變形，這種微小的變形足以使硅膠片上的全動態惠斯登電橋在外部電流源驅動下輸出mV級電壓信號，這種電壓信號與壓力成正比例關系。在實際運行中，這種電壓信號會被送入差動式放大器中以完成信號放大，可以產生放大倍數很高且可以抵消相互間溫度飄逸的電壓信號，放大之后的電壓信號再轉化成相應的電流信號，經過非線性校正，可以實現與輸入壓力成線性對應關系的標準電壓電流信號。另外，由于硅材料的強性**，所以輸出信號的線性度及變差指標均很高。
　　1.3 智能變送器
　　智能變送器充分利用了微處理器的運算和存儲能力，由傳感器和微處理器相結合而成。 智能變送器對傳感器數據的處理包括：測量信號的調理、數據顯示、自動校正和自動補償等。
　　智能變送器的關鍵取決于微處理器的運算和存儲能力，所以微處理器是智能變送器的核心結構。在實際應用中，微處理器不僅可以完成數據的計算、存儲和處理，還可以實現對傳感器的調節，通過反饋回路保證數據采集的佳狀態，因此微處理器大大提高了傳感器的性能，可以完成傳統變送器難以完成的任務，智能變送器的優點主要體現在以下幾點：
　　（1）系統自動補償和自我診斷能力。主要通過智能軟件對傳感器的非線性、溫漂、時漂等進行自動補償；通電后傳感器自檢，判斷內部各部分是否正常。
　　（2）準確處理并存儲數據信息。智能變送器可以根據內部程序進行數據的自動處理，去除異常數值；同時存儲傳感器的特征數據、動態信息和補償特性等。
　　（3）雙向通信功能。智能送變器的微處理器不僅可以實現傳感器數據的接收和處理，還能及時對信息進行反饋，實現對測量過程的調節和優化控制。智能變送器可以通過手持終端在控制室對安裝在現場的變送器進行遙控調整。智能變送器零點和量程調整獨立化，只需一次調整便可完成。
　　（4）數字量接口輸出功能。更方便快捷的實現將輸出的數字信號和計算機或現場總線等連接。
　　1.4 液位變送器
　　液位變送器可以分為：浮球式液位變送器、浮筒式液位變送器、靜壓式液位變送器。
　　浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。由于一般磁性浮球的比重較小（小于0.5），使其可以漂浮于液面之上，并沿測量導管上下移動。在測量導管內的測量元件可以在外磁作用下實現被測液位信號與正比于液位變化的電阻信號之間的轉化，使電子單元轉化成4～20mA的標準信號輸出，該變送器具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優點輸出大電流不超28mA，能夠很好的保護電源并使二次儀表不被損壞。
　　將磁性浮球改為浮筒組成浮筒式液位變送器，浮筒式液位變送器將阿基米德浮力原理應用到其中，通過微小的金屬膜應變傳感技術來實現液體的液位、界位或密度的測量。靜壓式液位變送器利用液體靜壓力的測量原理，選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉換成電信號，通過放大電力放大和補償電路補償，轉化成穩定的電流方式輸出。
　　1.5 溫度變送器
　　溫度變送器可分為：熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器等。
　　熱電偶溫度變送器的原理：將兩根不同的導體或半導體的一端焊接、絞接或粘合而成的測溫元件。這兩根導體或半導體稱為熱電極，其焊接端為熱電偶的熱端（工作端或測量端），非焊接端為熱電偶的冷端 （自由端或參考端）。當熱端和冷端存在溫差時，冷端將產生一個溫差熱電勢，溫度變送器的功能就是將這個熱電勢的溫度信號轉換為4～20mA的標準信號。
　　熱電阻溫度變送器的原理：利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度。
　2 變送器應用中常見故障分析
　　2.1 差壓變送器應用中故障判斷
　　差壓變送器故障判斷一般包括調查法和直觀法，調查法包括：故障發生前的打火、冒煙 、異味、供電變化、潮濕、誤操作和誤維修進行全面調查統計。直觀法包括：查看回路的外部損傷、導壓管的泄漏、回路的過熱、供電開關狀態等。具體的故障診斷策略有：
　　（1）斷路檢測：將疑似故障部分獨立出來，逐段判斷故障所在；當智能差壓變速器不能正常Hart 遠程通訊，可以用另加電源的方法為變送器通電進行通訊，判斷電纜是否被疊加電磁信號干擾。
　　（2）短路檢測：在安全性有保障的前提下，將相關部分回路直接短接，若差壓變送器出現輸出值偏小的情況，可將導壓管斷開后，從一次取壓閥外直接將差壓信號直接引到差壓變送器雙側，觀察變送器輸出，以判斷導壓管路的堵、漏的連通性。
　　（3）替換檢測：*先找出疑似故障部位，將該部分更換，以確定故障發生具體原因。
　　2.2 電容式變送器故障分析
　　在實際生產過程中， 有些電容式變送器可能會出現輸出為零的現象，這會影響到相關參數的測量，該故障是由于傳感器測量膜片或隔離膜片的彈性模量發生變化而引起的。
　　故障診斷：*先要對生產現場的變送器工作電源進行檢查，隨后對壓力室進行檢查（包括傳感器和壓蓋），傳感器的隔離膜片后空氣的氣墊作用會使隔離膜片的剛度增加，在壓力傳遞過程中，會由于壓力傳遞失真而導致變送器靈敏度下降，對引壓管進行排污處理后測量變送器仍無輸出，可以判斷出由于變送器傳感器長期運行 ， 使測量膜片或隔離膜片的彈性模量產生了變化 ， 因而出現了上述故障。此類故障的處理可以分為以下幾步：①將變送器壓蓋上的四個螺栓和壓蓋拆下，使測量膜片或隔離膜片的彈性模量得到恢復。②封好壓蓋，注意安裝順序，確保壓力室不泄露。③安裝完畢后，對變送器的輸出性能、精度及線性進行校檢。
　　2.3 正、 負壓側有泄漏導致指示偏差
　　普通差壓變送器在對液位測量或與流量一次件配合測量時，會出現指示不穩定的現象。在一般的測量過程中，設備的正、負壓側的取壓口通常要經過一次手閥、隔離罐、三閥組再連接到變送器的正、負壓側從而導致過程中的影響因素較多，對于這種情況，我們應充分理解變送器的工作原理，熟悉當正壓側手閥、管接頭或平衡閥出現泄漏時，會出現偏低的差壓信號，反之輸出信號會偏高。
　　2.4 溫度變送器常見故障及處理方法
　　（1）熱電偶溫度變送器電勢誤差大
　　原因分析：①熱電極變質。②熱電偶的安裝位置與安裝方法不當。③熱電偶保護套管的表面積垢過多。④測量線路短路（熱電偶和補償導線）。⑤熱電偶回路斷線。⑥接線柱松動。
　　處理方法：①更換熱電偶。②改變安裝位置與安裝方法。③進行清理。④將短路處重新更換絕緣。⑤找到斷線處，并重新連接。⑥擰緊接線柱。
　　（2）熱電偶溫度變送器指示不穩定，時有時無，時高時低。
　　原因分析：①熱電極在接線柱處接觸不良。②熱電偶有斷續短路或斷續接地現象。③熱電極已斷或似斷非斷。④熱電偶安裝不牢固，發生擺動。⑤補償導線有接地或斷續短路現象。
　　處理方法：①重新接好。②將熱電偶的熱電極從保護管中取出，找出故障點并予以消除。③更換新電極。④安裝牢固。⑤找出熱電偶故障點并予以消除。
　　（3）熱電阻溫度變送器常見故障及處理
　　①示值偏低或不穩。可能原因：保護管內有金屬屑或灰塵；接線柱間積灰以及熱電阻短路。處理方法：除去金屬屑，清掃灰塵；找出短路點，加好絕緣。
　　②示值無窮大。可能原因：熱電阻或引出線斷路。處理方法：更換熱電阻或焊接斷線處及擰緊螺絲。
　　③示值無窮小。可能原因：顯示儀表與熱電阻接線有誤或電阻短路。處理方法：改正接線，找出短路處加好絕緣。
　　④阻值與溫度的關系有變化。可能原因：熱電阻材料受腐蝕變質。處理方法：更換熱電阻。
　　3 結語
　　在變送器的實際應用過程中，影響其工作性能的因素還包括使用環境、測量介質的性質、硬件質量、及運行維護等。同時干擾信號也會導致輸出波動，因此要注意變送器的安裝環境及接地線的連接。同樣的故障，我們在實際分析時要辯證的看待，結合實際情況對故障進行處理。

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