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2088型液位變送器 ：變送器選型失誤分析

 概述
在某工程工業(yè)鍋爐項(xiàng)目?jī)x表選型討論會(huì)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(chǎn)品EJX，檔次是比較高的，總數(shù)約100多臺(tái)，涉及鍋爐煙氣系統(tǒng)微壓、微差壓（量程≦6kPa）的變送器達(dá)數(shù)十臺(tái)，約占總數(shù)的40%，其中有代表性的選型見(jiàn)表1。
 表1 微壓、微差壓（量程≦6kPa）變送器選型
雖然從測(cè)量范圍上看，上述選型中要求的測(cè)量范圍均符合要求，但由于其測(cè)量范圍均處于該變送器可測(cè)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(yīng)盡量?。ɡ缧∮?0：1）的原則來(lái)看，上表所列的選型顯然是不恰當(dāng)?shù)?。本文將從?shí)際使用精確度和溫度對(duì)測(cè)量精確度影響兩個(gè)方面分析為什么上述選型是不恰當(dāng)?shù)摹?/span>
2 實(shí)際使用精確度分析
變送器類(lèi)產(chǎn)品選型樣本中所列精確度我們通常稱(chēng)之為“指標(biāo)精確度”，EJA110A的指標(biāo)精確度為0.075%，EJX110A的指標(biāo)精確度為0.04%(可選0.025%)。變送器實(shí)際使用（在環(huán)境溫度、靜壓、電源電壓相對(duì)穩(wěn)定）時(shí)所能達(dá)到的精確度我們稱(chēng)之為“使用精確度”。
使用精確度通?？梢罁?jù)變送器選型樣本中所列與量程比有關(guān)的精確度計(jì)算公式計(jì)算，通過(guò)計(jì)算，我們可以看到對(duì)大量程比的變送器來(lái)說(shuō)，在某一量程比范圍內(nèi)，指標(biāo)精確度和使用精確度是一致的，如超過(guò)這一量程比，使用精確度將低于指標(biāo)精確度，而且降低的幅度是相當(dāng)大的。
雖然大量程比變送器的可調(diào)量程范圍很大，但當(dāng)實(shí)際使用的量程比值很大時(shí)，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(shí)際可使用量程比指的就是在這個(gè)范圍內(nèi)，變送器的指標(biāo)精確度與使用精確度相等，超出實(shí)際可使用量程比的范圍，變送器的使用精確度將低于指標(biāo)精確度，精確度降低這是用戶和廠家都不希望看到的結(jié)果。以表1為例，按廠家提供的資料，EJX110A的可測(cè)量范圍是0.1~10kPa，但保證精確度0.04%的實(shí)際可使用的量程比是5：1（即測(cè)量量程≥2kPa）；EJA110A的可測(cè)量范圍是1~100 kPa，保證精確度0.075%的實(shí)際可使用的量程比是10：1（即測(cè)量量程≥10kPa）。計(jì)算所得變送器的使用精確度見(jiàn)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(hào)為M ,如果選上面一檔L，其可測(cè)量范圍是0.5～10kPa，保證精確度0.075%的實(shí)際可使用的量程比是3.33：1（即測(cè)量量程≥3kPa）。對(duì)應(yīng)1、1.58、2、3、4、6 kPa測(cè)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(yōu)于M量程，這說(shuō)明選用M量程是不合適的。
其次分析EJX110A，由于EJX系列暫時(shí)未推出最大量程僅為1kPa的120A產(chǎn)品，而在EJA系列中目前已經(jīng)有量程為0.1~1kPa的120A產(chǎn)品，雖然表面上看EJX精確度比EJA高得多，但由于這幾個(gè)量程EJX產(chǎn)品的實(shí)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(chǎn)品中的120A（高精確度型HAC精確度為0.1%），則不僅價(jià)格降低，而且實(shí)際使用精確度與EJX基本相當(dāng)，這是因?yàn)镋JA120A的最大量程僅為1kPa，所以這幾個(gè)量程EJA產(chǎn)品的實(shí)際使用量程比較?。s為3.3：1~2：1），較為接近最大量程。經(jīng)計(jì)算，對(duì)應(yīng)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(jié)所介紹的溫度對(duì)測(cè)量精確度產(chǎn)生的影響，選用EJA120微差壓變送器將明顯優(yōu)于EJX。
3 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精確度影響分析
    前面分析的精確度指標(biāo)是在環(huán)境溫度、靜壓、電源電壓相對(duì)穩(wěn)定時(shí)所能達(dá)到的精確度，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)境溫度、靜壓、電源電壓等參數(shù)都可能變化。在這樣的條件下，精確度指標(biāo)還會(huì)降低。下面以環(huán)境溫度變化的影響為例進(jìn)行分析。
我們知道，周?chē)h(huán)境條件對(duì)測(cè)量精確度的影響是以滿量程的相對(duì)值表示，例如當(dāng)環(huán)境溫度變化28℃（50℉）時(shí)，EJA110A的L量程的計(jì)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(duì)L、M量程分別為10 kPa、100 kPa。
經(jīng)計(jì)算，對(duì)1kPa、1.58kPa、2kPa、3kPa、4kPa、6 kPa的測(cè)量量程，環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量對(duì)比見(jiàn)表3。
表3  EJA110A的L、M量程環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量
由表3可見(jiàn)，同一測(cè)量量程雖然可選L、M兩個(gè)量程中的任何一個(gè)，但顯然選擇L量程更為恰當(dāng)，其影響量大約小一倍。
    其次分析EJX110A，由于這幾個(gè)量程EJX產(chǎn)品的實(shí)際使用量程比較大，所以在環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量也較大，如果仍選用EJA產(chǎn)品中的120A（高精確度型HAC,精確度為0.1%），兩者在環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量的比較見(jiàn)表4。
表4  EJX110A的L量程與EJA120A的E量程環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量
由表4可見(jiàn)，同一測(cè)量量程雖然可選EJX110A的L量程、EJA120A的E量程兩個(gè)量程中的任何一個(gè)，但顯然選擇EJA120A的E量程更為恰當(dāng)。因?yàn)樗粌H價(jià)格便宜，而且在溫度變化28℃時(shí)的影響量?jī)H為EJX110A的L量程的1/4左右。這更進(jìn)一步說(shuō)明了即使是最新型的、最高精確度的變送器，如果選型不當(dāng)，用戶實(shí)際使用時(shí)的精確度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如相對(duì)老一點(diǎn)、指標(biāo)精確度低一點(diǎn)的產(chǎn)品。在上述量程變送器的使用環(huán)境中，有的環(huán)境溫度變化相當(dāng)大，例如測(cè)量汽包水位差壓變送器（表中量程1.58kPa）的環(huán)境溫度變化可能超過(guò)50℃，這種情況下變送器的穩(wěn)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(shí)際使用時(shí)的量程比越大，靜壓的影響也越大，實(shí)際使用的精確度則越低。
    EJX產(chǎn)品樣本中還有一組數(shù)據(jù)更形象地說(shuō)明了實(shí)際使用時(shí)的量程比與精確度的關(guān)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(biāo)，包含了實(shí)際裝置所有主要因素導(dǎo)致的測(cè)量誤差，它提供了實(shí)際運(yùn)行時(shí)總的誤差和所能達(dá)到的真實(shí)綜合精確度。
資料提供的計(jì)算公式如下：對(duì)EJX110A M量程 0.04%精確度的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，當(dāng)量程比為1：1，即所選量程為最大量程（0~100kPa）時(shí)，橫河公司給出的整體精確度指標(biāo)是±0.12%；當(dāng)量程比為5：1時(shí)，即所選量程為1/5最大量程（0~20kPa）時(shí)，給出的整體精確度指標(biāo)是±0.25%。這就告訴我們，廠家宣傳的精確度指標(biāo)是在恒溫、恒靜壓等條件下的測(cè)試結(jié)果，并不是在實(shí)際使用條件下可以真正達(dá)到的精確度。這同時(shí)也讓我們知道，即使在實(shí)際可使用量程比范圍內(nèi)，所選量程越接近最大量程，其實(shí)際使用精確度越高。
4 結(jié)束語(yǔ)
變送器選型時(shí)，用戶應(yīng)根據(jù)工藝要求的測(cè)量范圍選擇變送器的量程，此時(shí)要做到以下三點(diǎn)：
所選變送器的量程在變送器的測(cè)量范圍內(nèi)；
所選變送器的量程在變送器的實(shí)際可使用的量程比范圍內(nèi)；
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(diǎn)很容易做到，因?yàn)檫@是最基本的；第二點(diǎn)要在幾個(gè)相鄰量程中做出選擇，通常也可能做到；第三點(diǎn)則要看各廠家變送器的相鄰量程的比值，有時(shí)候可以挑選，有時(shí)候就沒(méi)有選擇余地了。只做到第一點(diǎn)，變送器的測(cè)量精確度很難保證；做到第二點(diǎn)，變送器的測(cè)量精確度基本保證；做到第三點(diǎn)，變送器的測(cè)量精確度就可能達(dá)到最佳值。希望用戶在使用或選型時(shí)要特別注意這個(gè)問(wèn)題。
作為變送器的生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，也應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：
不要夸大宣傳大量程比變送器的優(yōu)點(diǎn)；
在產(chǎn)品選型資料中要重點(diǎn)宣傳選擇變送器的量程應(yīng)在變送器的實(shí)際可使用的量程比范圍內(nèi)并盡量接近變送器的最大量程；
在確定廠家變送器產(chǎn)品量程序列時(shí)，相鄰量程最大測(cè)量值之比應(yīng)小一點(diǎn)，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(chuàng)造條件。