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压力仪表全自动检定和校准系统的开发应用 压力仪表技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
与其它仪表相比,压力仪表在调试和检定工作中体现出“四最”特点,即设备数量较多、标准仪器需求较全、工时消耗最长、人员素质要求最高,而工程建设工期却在逐渐缩短,使其成为制约仪表调试工作的“瓶颈”,因此提高压力仪表调试和检定效率、降低设备和人员等资源需求具有重要的意义从技术角度而言, 4C(计算机、通信、自动化和CRT)技术已经在仪表和控制系统中得到充分的应用,无论是工业检测仪表还是标定用精密设备,随着技术的发展和应用都在不同程度上实现了智能化和网络化,这为仪表的全自动校准和标定奠定了基础。

本文介绍了我公司选用高性能压力控制器作为基础,通过软件程序实现高精密压力调校多校准点控制,结合目前普遍应用在智能仪表的 HART通信协议,开发出的智能压力仪表全自动校验系统的结构、性能以及应用情况。

全自动校准和检定系统是针对压力仪表校准和检定工作开发的,包括了硬件和软件两部分,围绕功能需求和实现这个核心,系统做了相应的配置。

硬件配置

为了适应全自动过程控制的需求,关键硬件设备必须具备网络通信接口和相应的功能,系统关键设备包括了压力控制器、数据采集器和工控机。

压力控制器 作为系统核心的硬件,压力控制器需要满足两个方面的要求,即控制精度和压力范围。

在压力仪表校准过程中,输入的压力是作为标准信号源提供的,校准和检定点是确定的量程理论分割值,因此控制压力必须达到规定的精度才能满足需求。同时,为了实现过程自动化的目的,控制器必须具有按照预置值完成自动控压功能,即所谓的控制精度。目前工业级压力检测仪表最高精度为 0.075%,标准输入源的压力控制精度最低要求是 0.05%。

精密压力仪表随着可用量程的扩大造成允许误差增加,限制了其可用下限,选用时要兼顾精度和应用范围二者的关系,即在必须符合控制精度要求的同时,满足应用压力范围要求。

本系统采用 GE公司的 PACE6000压力控制器作为核心设备,它是 GE公司生产的新一代模块化、高精度的压力控制器和指示仪,具有可编程测试程序选项,提供了在仪器本身内部自动创建、存储并执行多种控制程序的功能,以及针对自动化测试系统和试验台的应用平台,单台设备配置两个压力控制模块,精度达到 0.005%,在满足工程应用 0.05%的基础上应用范围可拓展十倍,因此选用低、中压两种模块配置一个压力控制器可以实现从微压到中压的范围要求。

数据采集器 用于变送类压力仪表的输出电流或电压检测,在校准智能压力仪表时,其输出电流需进行测量,在多台仪表校准时,要求完成多点电流数据采集,采用五位半或六位半的多通道数据采集器可以满足要求。

工控机 工控机是人机操作界面设备,兼具组态功能,由于仪表校准和检定属于缓慢过程,对于工控机的扫描和采用速度要求较低,因此同精密电流表一样,可供选择的产品也很多,也可以采用个人PC替代。

工控机具有网络接口、安装防病毒及防火墙软件,可设置远程查询及本地数据修改权限。

软件组成

人机界面 系统的图形操作界面信息丰富、直观,可同时显示 4个通道的压力、电流值及曲线,校验(检定)数据合格或不合格以不同颜色指示,可快速确定超差点及超差范围,高级操作通过二级菜单即可完成。还具有完备的校验(检定)数据记录存储及分级管理功能。

压力仪表通信 目前工业智能仪表绝大多数支持 HART通信协议, HART可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议,操作人员或其他设备向压力仪表发送指令 (如设定值、量程、报警值等 ),同时也能实时地得到压力仪表的信息,如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等。

被校准或检定仪表与工控机之间通过协议转换器实现通信,智能仪表的校准可通过HART协议自动完成,可实现量程迁移,零点、满量程或多点校准。

数据库软件 系统数据库采用 ACCESS。系统数据存储、查阅等操作都基于加密 ACCESS数据库。系统数据库包含仪表厂家数据库、仪表信息数据库、检定记录数据库以及校准和检定数据数据库。厂家数据库保存有各个厂家的代码以及产品代码等信息。仪表信息数据库保存有仪表厂家、型号、位号、量程等信息,每次校准或检定时,如果此仪表已进行过检定,则调取仪表信息,否则自动保存此仪表信息。对于同一块仪表可以进行多次检定,系统自动保存每次检定结果到检定结果数据库中,查阅时系统自动列出各次检定记录。

系统功能

系统采用了先进的控制设备,充分发挥其性能优势,同时针对压力仪表检定和智能式压力仪表的校准工作进行开发,通过通信软件将构成压力仪表检定和调试所包含的设备有机结合起来,使用计算机技术完成全过程自动操作,具有实用性强、自动化程度高的特点,改变了常规压力仪表的检定校验模式,实现了一键式过程全自动控制要求。

检定功能系统对需要检定的压力仪器仪表如压力变送器、压力开关等进行自动检定。根据国家规范,在检定前在操作界面中设置相应的产品厂家、检定量程、检定点以及产品必要的信息,系统自动完成正反行程检定,对于每个检定点系统自动加压、稳压、数据记录、误差分析。全部检定点完成后系统自动生成检定报告,可通过打印机打印。用户可根据需要调用历史数据并做条件查询。

校准功能系统可实现对压力仪表进行自动校准和标定。

●智能压力仪表校准

对带 HART通讯协议的智能变送器采取两个步骤进行,分为零点和量程调整、重新设定量程。校准时将待校准压力仪表与系统做电气和压力通道连接,系统根据内置协议与仪表自动通信,此时通过系统操作界面可以读取并修改变送器组态信息,如工位号、仪表描述、日期等数据,以便对变送器进行校准溯源。设置完相关参数后,系统自动对变送器进行校准,首先通过设置的校准点对变送器 4~20mA信号进行校准,可自定义校验点。校准完毕后系统通过 HART通信将校准相关信息写入到变送器中。同时生成报告,对校准数据进行存档管理。

●普通压力仪表标定

普通压力变送器将压力变量转换为可传送的标准 4~20mA输出信号,输出信号与压力变量之间为连续线性函数关系。对于此类压力变送器校准首先需要设置校准点,系统自动完成对每个校准点进行校验,记录各点的电流输出值,系统完成正反行程校验后,自动计算基本误差与回差。如果基本误差与回差超过允许误差范围,则需要操作人员对变送器进行零点以及满量程调整,直到误差小于允许误差范围。

应用效果

通过采用控制系统的 4C技术,产品具备了人机界面友好、操作和编程简单、自动化程度高、网络化构架、经济效益突出等特点,符合现代管理需要,在2011年7月完成开发并经过了考核验收,投入了实际使用,达到了预期指标,主要体现在:

●适应仪器仪表技术的快速发展,改变了传统的工业压力仪表检定和校准模式,填补了相关产品的开发空白。

●取得了很好的经济效益。经过实际测算,在配置多通道单程校验的前提下,单台仪表校验所需时间缩短到原来的六分之一,调试人员需求减少到原来的四分之一。

●系统通过通信方式自动采集仪表信息和过程数据,并存储在指定数据库中,可通过网络供相关部门查阅,减少了人工记录存在的错误隐患,满足无纸办公的需求,符合现代化管理的需要。

本产品目前正在申请中国石化集团行业专有技术和国内专利技术,将来一定能获得广泛应用。
快速检查压力仪表故障的方法

  压力仪表故障的检查方法:

  直观检查法

  不用任何测试仪器,通过人的感官(眼、耳、鼻、手)去观察发现故障的方法。

  直观检查法分外观检查和开机检查两种。外观检查内容主要包括:

  (1) 仪器仪表外壳及表盘玻璃是否完好,指针有否变形或与刻度盘相碰,装配紧固件是否牢固,各开关旋钮的位置是否正确,活动部分是否转动灵活,调整部位有无明显变动;

  (2) 连线有无断开,各接插件是否正常连接,电路板插座上的簧片是否弹力不足、接触不良,对于采用单元组合装配的仪表,特别要注意各单元板连接螺丝是否拧紧;

  (3) 各继电器、接触器的接点,是否有错位、卡住、氧化、烧焦粘死等现象;

  (4) 电源保险丝是否熔断,电子管是否裂碎、漏气(漏气后管子内壁附着一层白色粉末)、损坏,晶体管外壳涂漆是否变色、断极,电阻有否烧焦,线圈是否断丝,电容器外壳是否膨胀、漏液、爆裂;

  (5) 印刷板敷铜条是否断裂、搭锡、短路,各元件焊点是否良好,有无虚焊、漏焊、脱焊现象;

  (6) 各零部件排列和布线是否歪斜、错位、脱落、相碰。

  开机检查主要包括:

  (1) 机内电源指示灯、各电子管及其他发光元件是否通电发亮;

  (2) 机内有无高压打火、放电、冒烟现象;

  (3) 有无振动并发出噼啪声、摩擦声、碰击声;

  (4) 变压器、电机、功放管等易发热元器件及电阻、集成块温升是否正常,有无烫手现象;

  (5) 机内有无特殊气味,如变压器电阻等因绝缘层烧坏而发出的焦糊味,示波管高压漏电打火使空气电离所产生的自氧气味;

  (6) 机械传动部分是否运转正常,有无齿轮啮合不好、卡死及严重磨损、打滑变形、传动不灵等现象。

  直观检查一定要十分仔细认真,切忌粗心急躁。在检查元件和连线时只能轻轻摇拨,不能用力过猛,以防拗断元件、连线和印刷板铜箔。开机检查接通电源时手不要离开电源开关,如发现异常应及时关闭。要特别注意人身安全,绝对避免两只手同时接触带电设备。电源电路中的大容量滤波电容在电路中带有充电电荷,要防止触电。

  断路法

  将所怀疑的部分与整机或单元电路断开,看故障可否消失,从而断定故障所在的方法。

  压力仪表出现故障后,先初步判断故障的几种可能性。在故障范围区域内,把可疑部分电路断开,以确定故障发生在断开前或断开后。通电检查如发现故障消失,表明故障多在被断开的电路中,如故障仍然存在,再做进一步断路分割检查,逐步排除怀疑,缩小故障范围,直到查出故障的真正原因。

  断路法对单元化、组合化、插件化的仪器仪表故障检查尤为方便,对一些电流过大的短路性故障也很有效。但对整体电路是大环路的闭合系统回路或直接耦合式电路结构不宜采用。

  短路法

  将所怀疑发生故障的某级电路或元器件暂时短接,观察故障状态有无变化来断定故障部位的方法。

  短路法用于检查多级电路时,短路某素服,故障消失或明显减小,说明故障在短路点之前,故障无变化则在短路点之后。如某级输出端电位不正常,将该级的输入端短路,如此时输出端电位正常,则该级电路正常。短路法也常用来检查元器件是否正常,如用镊子将晶体三级管基极和发射极短路,观察集电极电压变化情况,判断管子有无放大作用。在TTL数字集成电路中,用短路法判断门电路、触发器是否能够正常工作。将可控硅控制极和阴极短路判断可控硅是否失效等。另外也可将某些仪表(如电子电位差计)输入端短路,看仪表指示变化来判断仪表是否受到干扰。

  替换法

  通过更换某些元器件或线路板以确定故障在某一部位的方法。

  用规格相同、性能良好的元器件替下所怀疑的元器件,然后通电试验,如故障消失,则可确定所怀疑的元器件是故障所在。若故障依然存在,可对另一被怀疑的元器件或线路板进行相同的替代试验,直到确定故障部位。

  在进行替换前,要先用一点时间分析故障原因,而不要盲目乱换元器件。如故障是由于短路或热损伤造成,则替换上的好元件也可能被损害。再如一只二极管烧坏,可能是由于该管的工作电流和反向峰值电压不够,若此时换上另一只同型号的二极管也仅仅是把故障暂时做了处理,而未根除。

  另外,元器件的更换均应切断电源,不允许通电边焊接边试验。所替换的元器件安装焊接时,应符合原焊接安装方式和要求。如大功率晶体管和散热片之间一般加有绝缘片,切勿忘记安装。在替换时还要注意不要损坏周围其他元件,以免造成人为故障。

  分部法

  在查找故障的过程中,将电路和电气部分分成几个部分,以查明故障原因的方法。

  一般检测控制仪表电路可分为三大部分,即外部回路(由仪表的接线端往外到检测元件、控制执行机构为止的全部电路)、电源回路(由交流电源到电源变压器等全部电路)、内部回路(除外部回路、电源回路以外的全部电路)。在内部电路中又可分为几小部分(根据其内部电路特点、电气部件结构划分)。分部检查即根据划分出的各个部分,采取从外到内、从大到小、由表及里的方法检查各部分,逐步缩小怀疑范围。当检查判断出故障在哪一部分后,再对这一部分做全面检查,找到故障部位。

  分部检查按顺序对仪器仪表各部分进行检查分析判断,虽比较有条理,但检修时间长,在检查中往往抓不住重点,浪费不少时间。此法适应于检修人员维修经验较少,对仪器仪表故障现象不太熟悉,且故障较复杂的情况。

  人体干扰法

  人身处在杂乱的电磁场中(包括交流电网产生的电磁场),会感应出微弱的低频电动势(近几十至几百微伏)。当人手接触到仪器仪表某些电路时,电路就会发生反映,利用这一原理可以简单地判断电路某些故障部位。

  采用人体干扰法要注意所处的环境。如电气设备和线路比较少及地下室、部分钢筋建筑物等,干扰所产生的信号会小些,这时可用一根长导线代替手以获得较大的干扰信号。另外采用此法在检查仪器仪表的高压部分或底板带电的仪器仪表,务必十分注意安全,以免触电。

  电压法

  电压法就是用万用表(或其他电压表)适当量程测量怀疑部分,分测交流电压和直流电压两种。测交流电压主要指交流供电电压,如交流220V网电压、交流稳压器输出电压、变压器线圈电压及振荡电压等;测直流电压指直流供电电压、电子管、半导体元器件各极工作电压、集成块各引出角对地电压等。

  电压法是维修工作中最基本方法之一,但它所能解决的故障范围仍是有限的。有些故障,如线圈轻微短路、电容断线或轻微漏电等,往往不能在直流电压上得到反映。有些故障,如出现元器件短路、冒烟、跳火等情况时,就必须关掉电源,此时电压法就不起作用了,这时必须采用其他方法来检查。

  电流法

  电流法分直接测量和间接测量两种。直接测量是将电路断开后串入电流表,测出电流值与仪器仪表正常工作状态时的数据进行对比,从而判断故障。如发现哪部分电流不在正常范围内,就可以认为这部分电路出了问题,至少受到了影响。间接测量不用断开电路,测出电阻上的压降,根据电阻值的大小计算出近似的电流值,多用于晶体管元件电流的测量。

  电流法比电压法要麻烦一些,一般需要将电路断开后串入电流表进行测试。但它在某些场合比电压法更加容易同故障。电流法与电压法相互配合,能检查判断出电路中绝大部分故障。

  电阻法

  电阻检查法即在不通电的情况下,用万用表电阻挡检查仪器仪表整机电路和部分电路的输入输出电阻是否正常;各电阻元件是否开路、短路、阻值有无变化;电容器是否击穿或漏电;电感线圈、变压器有无断线、短路;半导体器件正反向电阻;各集成块引出脚对地电阻;并要粗略判断晶体管β值;电子管、示波管有无极间短路,灯丝是否完好等。

  应用电阻法检查故障时,应注意以下几点:

  (1) 由于电路中有不少非线性元件,如晶体管、大容量的电解电容等,采用电阻法测量某两点间的电阻时,因这些非线性元件连接着,所以要注意万用表的红、黑极性,因为不同极性所测出的结果是不同的;

  (2) 要避免用Ω×1挡(电流较大)和Ω×10K挡(电压较高)直接测量普通小电流和耐压低的晶体管、集成电路块,以免造成损坏;

  压力仪表中被测元件大多在电路上要牵连(串联或并联)许多其他元件。因此,对于不是直接击穿而是漏电或电阻阻值比较大的场合,要把被测元件脱开后再进行检查测量。对于只有两个引出线的电阻、电容器等元件,只要脱开一个引线即开,而对于具有3根线如晶体三极管等,则应脱开两根引出线。

标签: 压力仪表
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