现场快速校准压力变送器的思考
现场快速校准压力变送器的思考
摘要：本文介绍了在现场进行压力变送器的设备配置和校准方法，以满足油田客户的需求。通过对近几年的压变仪表校准数据的分析发现，校准数据具有良好的重复性，由此可见目前在现场使用的校准装置稳定且校准方法可行。
关键词：压力变送器；校准；调节；油田生产
2016年以来，风城油田作业区的在线的压力变送器等自动化工艺控制类仪表，已经由检定机构在现场进行周期性校准服务，目的是尽量减少影响生产的时间。经过在现场的磨合，逐渐建立起一套完整的设备和人员操作法。检定/校准的设备是采用智能过程效验仪，通过标准压力模块与被测仪表进行量程比对的方式。它的准确度直接关系到仪表在现场工艺使用的控制是否能够满足要求。
1.校准技术要求
选用被测压力变送器的生产厂家是重庆横河川仪有限公司。变送器本体型号为EJA530A，测量精度为0.5级。公称直径为6mm，长度为400mm。变送器测量范围为0-3MPa。校准参照的技术规范为JJG882-2015《压力变送器检定规程》，需要进行传感器与变送器校准。在变送器的允许误差不超过0.08mA时，为符合0.5级准许使用；否则需要重新标定。
2.校准装置的构建
按照检定规程的要求，实验室应配备压力模块、高压液体压力泵、台式气压压力泵、过程校验仪等。装置的测量水平能够满足校准的要求。压力变送器是指以输出标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
3现场校准
3.1变送器准备工作
保持负压室旋松状态，无论什么型号的差压变送器，接替接正压室的排气、排液阀或旋塞；过程校验仪开机通电后调试信号源初步校准。其正、负压室都有排气、排液阀或旋塞；封闭平衡阀门，先把三阀组的正、负阀门关闭，使其通大气。日后旋松排气、排液阀或旋塞放空，打开平衡阀门，对差压变送器进行校定时，接下来先用兆欧表测试该变送器阻值大小，把过程校验仪（手操器）接入变送器输入电路中，并搜检气路密封状况，压力源经过胶皮管和被测仪表相连贯，也等于说不用取销导压管即可校准差压变送器。这就为我们现场校准差压变送器提供了便利。
3.2常规差压变送器的校准
首先按照变送器量程依次升压，后逐点降压检测，观察最大允许误差是否满足精度等级并做好记录。在符合精度等级的情况下，进行二次校验观察测量数据的对比变化并做记录。三次循环测量数
据记录。若三次记录的数据不同，则取平均值作为测量结果。可以用实验标准偏差进行评定。在测量误差超出允许误差范围则必须先通过过程校验仪进入HART标定，在现场调校讲的是快，使输出为4～20mA,在此先调零点、再打满量程的快速调校法，结果发现，测量点3MPa时，实验输出的标准电流偏差最大为0.013mA。这三个循环共测量六次，得到重复性及稳定性数据如下：
3.2.1智能数字压力校验仪电流示值误差引起的测量不确定度
数字压力校验仪的电流示值误差不超过±0.005mA，采用B类方法进行评定，服从均匀分布，，所以=0.005/ =0.0029mA
3.2.2压力变送器输出电流测量重复性引起的测量不确定度
对压力变送器进行三次循环测量，在输入相同的压力下，输出电流值不尽相同，取平均值作为测量结果。则标准不确定度（A 类），可以用试验标准偏差进行评定。
按规程要求，测量点应不少于五个，对被检变送器选取五点（0、0.75、1.5、2.25、3MPa）进行测量，每个点测量6次。结果发现测量点3MPa处试验标准偏差变化量最大。取s=0.0039mA。由于三个循环每个点共测量了六次
则==0.0017mA，S：标准偏差；mA，Ｕ（I）：电流输入；mA
3.2.3输入量的标准不确定度的评定
=0.0034，Ｕ（I）：电流输入；mA 3.2.4输入量的标准不确定度
输入量的标准不确定度的主要来源为标准压力发生器，环境温度影响可以忽略。
数字压力校验仪压力模块测量的最大误差不超过±0.080mA，按均匀分布估计，=0.080/=0.046Ma，Ｕ（P）：电力输出；mA
3.2.5合成标准不确定度的评定
因、彼此间相互独立，所以合成不确定度
为=0.0042mA，Ｕｃ（ΔI）：合成不确定度；mA，Ｕ（I）：电流输入；mA，Ｕ（P）：电力输出；mA 3.2.6扩展不确定度
合成标准不确定度接近正态分布，包含因子=2，扩展不确定度由下式计算获得，==2×0.0042=0.0084mA，：扩展不确定度；mA，：因子，Ｕｃ（ΔI）：合成不确定度；mA 以上对不确定度的分析，有助于对测量结果的准确掌握，从而进一步提高测量的准确度。
3.2.7标准器选择和符合性
被检压力变送器的允许误差为±0.08mA。规程中要求检定用标准器及配套设备在检定中引入的扩展不确定度应不超过被检压力变送器的允许误差绝对值的1/4，即0.02mA。本标准器的为0.0084mA<0.02mA，因此标准器的选择符合规程要求。根据该仪表测
量所得的重复性数据如下图所示，我们可以看出该差压变送器在使用的三年中重复性较好。
图1重复性数据拟合图
3.3对智能变送器进行校准是由HART变送器结构原理所决定的
因为智能变送器在输入压力源和产生的4-20mA电流信号之间，除机械、电路外，还有微处理芯片对输入数据的运算工作。因此调校与常规方法有所区别。而“重定量程”垄断则申请将变送器毗连到尺度压力源上，现实上厂家对智能变送器的校准也是有说法的，因此现场实施校准时可按以下顺序进行:a、由于各一小部分既要经自调校又必须要联调，其中“设定量程”把持主要是通过LRV.这可经过微调项来进行校准。但要看到虽然变送器的模仿输入和所用的输入值关系精确，而量程的初始、最终设置直接取决于确实的压力输入值。URV的数字设定来完成设置任务，但过程值的数字读数表现的数值会略有不合，对校准就有:“设定量程”、“重定量程”、
“微调”之分。如ABB的变送器，由变送器直接感到现实压力并对数值进行设置。b、先做一次4-20mA微调，用以校正变送器内部的D/A转换器，由于其不涉及传感部件，无需外部压力信号源。c、再做一次全程微调，使4-20mA、数字读数与实际施加的压力信号相吻合，因此需要压力信号源。d、最后做重定量程，通过调整使模拟输出4-20mA与外加的压力信号源相吻合，其作用与变送器外壳上的调零(Z)、调量程(R)开关的作用完全相同。
4结论
1）为了达到校准环境条件的要求，检测现场应该提供一个带有空调的房间作为校准工作室。在整个校准过程中保证环境温度维持在20~25°C，湿度不低于20%。
2）校准时，被测变送器的本体无油污，螺纹处必须连接紧密。校准的工作台要有减震垫，同时调平工作台。
3）将被测传感器与活塞式压力计以及过程校验仪连接，避免线路交叉缠绕。始终保持被测传感器的一次仪表显示正对操作者。
4）校准时可以先进行上下限的校准。连接标准压力模块，如果超限可以马上对变送器重新标定。
5）EJA530A本身带一次显示表，又有4-20mA模拟量输出。从技术上讲，电流信号被采集经换算成压力，因此电流是用户需要的量值。证书中仅给出电流测量值以及换算成压力值的误差。
6）对于超差的压力变送器，需要进行重新标定。在进行重新标定时，先在下限标定，待传感器打压稳定后，将下限压力值输入到
过程校验仪中，再将上限压力逐级输入。校准完毕后，使传感器脱电。再次上电后观察传感器的压力是否与活塞式压力计显示的压力一致。如一致则表示重新调校成功。否则需要重新迁量程，降级使用或报废处理。
7）特别注意的是，校准使用的31X系列过程校验仪必须是支持HART协议的，否则它的诸多功能无法实现。
8）在线测量过程中，往往是被测仪表不满足拆卸检定的要求，此时选用过程校验仪测量设备与被测仪表通过放空闸门连接后，通电测试电流数据以达到在线校准。
参考文献
[1]JJG882-2015压力变送器检定规程[s]，北京；中国计量出版社，2015
[2]李东升计量学基础[M]，机械工业出版社，2014
[3]JJF1033-2016计量标准考核规范[s]，北京；国家质量技术监督局，2016