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壓力儀表全自動檢定和校準系統(tǒng)的開發(fā)應用 壓力儀表技術(shù)指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
與其它儀表相比,壓力儀表在調(diào)試和檢定工作中體現(xiàn)出“四最”特點,即設備數(shù)量較多、標準儀器需求較全、工時消耗最長、人員素質(zhì)要求最高,而工程建設工期卻在逐漸縮短,使其成為制約儀表調(diào)試工作的“瓶頸”,因此提高壓力儀表調(diào)試和檢定效率、降低設備和人員等資源需求具有重要的意義從技術(shù)角度而言, 4C(計算機、通信、自動化和CRT)技術(shù)已經(jīng)在儀表和控制系統(tǒng)中得到充分的應用,無論是工業(yè)檢測儀表還是標定用精密設備,隨著技術(shù)的發(fā)展和應用都在不同程度上實現(xiàn)了智能化和網(wǎng)絡化,這為儀表的全自動校準和標定奠定了基礎(chǔ)。

本文介紹了我公司選用高性能壓力控制器作為基礎(chǔ),通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)高精密壓力調(diào)校多校準點控制,結(jié)合目前普遍應用在智能儀表的 HART通信協(xié)議,開發(fā)出的智能壓力儀表全自動校驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能以及應用情況。

全自動校準和檢定系統(tǒng)是針對壓力儀表校準和檢定工作開發(fā)的,包括了硬件和軟件兩部分,圍繞功能需求和實現(xiàn)這個核心,系統(tǒng)做了相應的配置。

硬件配置

為了適應全自動過程控制的需求,關(guān)鍵硬件設備必須具備網(wǎng)絡通信接口和相應的功能,系統(tǒng)關(guān)鍵設備包括了壓力控制器、數(shù)據(jù)采集器和工控機。

壓力控制器 作為系統(tǒng)核心的硬件,壓力控制器需要滿足兩個方面的要求,即控制精度和壓力范圍。

在壓力儀表校準過程中,輸入的壓力是作為標準信號源提供的,校準和檢定點是確定的量程理論分割值,因此控制壓力必須達到規(guī)定的精度才能滿足需求。同時,為了實現(xiàn)過程自動化的目的,控制器必須具有按照預置值完成自動控壓功能,即所謂的控制精度。目前工業(yè)級壓力檢測儀表最高精度為 0.075%,標準輸入源的壓力控制精度最低要求是 0.05%。

精密壓力儀表隨著可用量程的擴大造成允許誤差增加,限制了其可用下限,選用時要兼顧精度和應用范圍二者的關(guān)系,即在必須符合控制精度要求的同時,滿足應用壓力范圍要求。

本系統(tǒng)采用 GE公司的 PACE6000壓力控制器作為核心設備,它是 GE公司生產(chǎn)的新一代模塊化、高精度的壓力控制器和指示儀,具有可編程測試程序選項,提供了在儀器本身內(nèi)部自動創(chuàng)建、存儲并執(zhí)行多種控制程序的功能,以及針對自動化測試系統(tǒng)和試驗臺的應用平臺,單臺設備配置兩個壓力控制模塊,精度達到 0.005%,在滿足工程應用 0.05%的基礎(chǔ)上應用范圍可拓展十倍,因此選用低、中壓兩種模塊配置一個壓力控制器可以實現(xiàn)從微壓到中壓的范圍要求。

數(shù)據(jù)采集器 用于變送類壓力儀表的輸出電流或電壓檢測,在校準智能壓力儀表時,其輸出電流需進行測量,在多臺儀表校準時,要求完成多點電流數(shù)據(jù)采集,采用五位半或六位半的多通道數(shù)據(jù)采集器可以滿足要求。

工控機 工控機是人機操作界面設備,兼具組態(tài)功能,由于儀表校準和檢定屬于緩慢過程,對于工控機的掃描和采用速度要求較低,因此同精密電流表一樣,可供選擇的產(chǎn)品也很多,也可以采用個人PC替代。

工控機具有網(wǎng)絡接口、安裝防病毒及防火墻軟件,可設置遠程查詢及本地數(shù)據(jù)修改權(quán)限。

軟件組成

人機界面 系統(tǒng)的圖形操作界面信息豐富、直觀,可同時顯示 4個通道的壓力、電流值及曲線,校驗(檢定)數(shù)據(jù)合格或不合格以不同顏色指示,可快速確定超差點及超差范圍,高級操作通過二級菜單即可完成。還具有完備的校驗(檢定)數(shù)據(jù)記錄存儲及分級管理功能。

壓力儀表通信 目前工業(yè)智能儀表絕大多數(shù)支持 HART通信協(xié)議, HART可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議是一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議,操作人員或其他設備向壓力儀表發(fā)送指令 (如設定值、量程、報警值等 ),同時也能實時地得到壓力儀表的信息,如測量值、環(huán)境參數(shù)、設備運行情況及設備校準、自診斷情況、報警信息、故障數(shù)據(jù)等。

被校準或檢定儀表與工控機之間通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)通信,智能儀表的校準可通過HART協(xié)議自動完成,可實現(xiàn)量程遷移,零點、滿量程或多點校準。

數(shù)據(jù)庫軟件 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用 ACCESS。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、查閱等操作都基于加密 ACCESS數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含儀表廠家數(shù)據(jù)庫、儀表信息數(shù)據(jù)庫、檢定記錄數(shù)據(jù)庫以及校準和檢定數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。廠家數(shù)據(jù)庫保存有各個廠家的代碼以及產(chǎn)品代碼等信息。儀表信息數(shù)據(jù)庫保存有儀表廠家、型號、位號、量程等信息,每次校準或檢定時,如果此儀表已進行過檢定,則調(diào)取儀表信息,否則自動保存此儀表信息。對于同一塊儀表可以進行多次檢定,系統(tǒng)自動保存每次檢定結(jié)果到檢定結(jié)果數(shù)據(jù)庫中,查閱時系統(tǒng)自動列出各次檢定記錄。

系統(tǒng)功能

系統(tǒng)采用了先進的控制設備,充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢,同時針對壓力儀表檢定和智能式壓力儀表的校準工作進行開發(fā),通過通信軟件將構(gòu)成壓力儀表檢定和調(diào)試所包含的設備有機結(jié)合起來,使用計算機技術(shù)完成全過程自動操作,具有實用性強、自動化程度高的特點,改變了常規(guī)壓力儀表的檢定校驗模式,實現(xiàn)了一鍵式過程全自動控制要求。

檢定功能系統(tǒng)對需要檢定的壓力儀器儀表如壓力變送器、壓力開關(guān)等進行自動檢定。根據(jù)國家規(guī)范,在檢定前在操作界面中設置相應的產(chǎn)品廠家、檢定量程、檢定點以及產(chǎn)品必要的信息,系統(tǒng)自動完成正反行程檢定,對于每個檢定點系統(tǒng)自動加壓、穩(wěn)壓、數(shù)據(jù)記錄、誤差分析。全部檢定點完成后系統(tǒng)自動生成檢定報告,可通過打印機打印。用戶可根據(jù)需要調(diào)用歷史數(shù)據(jù)并做條件查詢。

校準功能系統(tǒng)可實現(xiàn)對壓力儀表進行自動校準和標定。

●智能壓力儀表校準

對帶 HART通訊協(xié)議的智能變送器采取兩個步驟進行,分為零點和量程調(diào)整、重新設定量程。校準時將待校準壓力儀表與系統(tǒng)做電氣和壓力通道連接,系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置協(xié)議與儀表自動通信,此時通過系統(tǒng)操作界面可以讀取并修改變送器組態(tài)信息,如工位號、儀表描述、日期等數(shù)據(jù),以便對變送器進行校準溯源。設置完相關(guān)參數(shù)后,系統(tǒng)自動對變送器進行校準,首先通過設置的校準點對變送器 4~20mA信號進行校準,可自定義校驗點。校準完畢后系統(tǒng)通過 HART通信將校準相關(guān)信息寫入到變送器中。同時生成報告,對校準數(shù)據(jù)進行存檔管理。

●普通壓力儀表標定

普通壓力變送器將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準 4~20mA輸出信號,輸出信號與壓力變量之間為連續(xù)線性函數(shù)關(guān)系。對于此類壓力變送器校準首先需要設置校準點,系統(tǒng)自動完成對每個校準點進行校驗,記錄各點的電流輸出值,系統(tǒng)完成正反行程校驗后,自動計算基本誤差與回差。如果基本誤差與回差超過允許誤差范圍,則需要操作人員對變送器進行零點以及滿量程調(diào)整,直到誤差小于允許誤差范圍。

應用效果

通過采用控制系統(tǒng)的 4C技術(shù),產(chǎn)品具備了人機界面友好、操作和編程簡單、自動化程度高、網(wǎng)絡化構(gòu)架、經(jīng)濟效益突出等特點,符合現(xiàn)代管理需要,在2011年7月完成開發(fā)并經(jīng)過了考核驗收,投入了實際使用,達到了預期指標,主要體現(xiàn)在:

●適應儀器儀表技術(shù)的快速發(fā)展,改變了傳統(tǒng)的工業(yè)壓力儀表檢定和校準模式,填補了相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)空白。

●取得了很好的經(jīng)濟效益。經(jīng)過實際測算,在配置多通道單程校驗的前提下,單臺儀表校驗所需時間縮短到原來的六分之一,調(diào)試人員需求減少到原來的四分之一。

●系統(tǒng)通過通信方式自動采集儀表信息和過程數(shù)據(jù),并存儲在指定數(shù)據(jù)庫中,可通過網(wǎng)絡供相關(guān)部門查閱,減少了人工記錄存在的錯誤隱患,滿足無紙辦公的需求,符合現(xiàn)代化管理的需要。

本產(chǎn)品目前正在申請中國石化集團行業(yè)專有技術(shù)和國內(nèi)專利技術(shù),將來一定能獲得廣泛應用。
快速檢查壓力儀表故障的方法

  壓力儀表故障的檢查方法:

  直觀檢查法

  不用任何測試儀器,通過人的感官(眼、耳、鼻、手)去觀察發(fā)現(xiàn)故障的方法。

  直觀檢查法分外觀檢查和開機檢查兩種。外觀檢查內(nèi)容主要包括:

  (1) 儀器儀表外殼及表盤玻璃是否完好,指針有否變形或與刻度盤相碰,裝配緊固件是否牢固,各開關(guān)旋鈕的位置是否正確,活動部分是否轉(zhuǎn)動靈活,調(diào)整部位有無明顯變動;

  (2) 連線有無斷開,各接插件是否正常連接,電路板插座上的簧片是否彈力不足、接觸不良,對于采用單元組合裝配的儀表,特別要注意各單元板連接螺絲是否擰緊;

  (3) 各繼電器、接觸器的接點,是否有錯位、卡住、氧化、燒焦粘死等現(xiàn)象;

  (4) 電源保險絲是否熔斷,電子管是否裂碎、漏氣(漏氣后管子內(nèi)壁附著一層白色粉末)、損壞,晶體管外殼涂漆是否變色、斷極,電阻有否燒焦,線圈是否斷絲,電容器外殼是否膨脹、漏液、爆裂;

  (5) 印刷板敷銅條是否斷裂、搭錫、短路,各元件焊點是否良好,有無虛焊、漏焊、脫焊現(xiàn)象;

  (6) 各零部件排列和布線是否歪斜、錯位、脫落、相碰。

  開機檢查主要包括:

  (1) 機內(nèi)電源指示燈、各電子管及其他發(fā)光元件是否通電發(fā)亮;

  (2) 機內(nèi)有無高壓打火、放電、冒煙現(xiàn)象;

  (3) 有無振動并發(fā)出噼啪聲、摩擦聲、碰擊聲;

  (4) 變壓器、電機、功放管等易發(fā)熱元器件及電阻、集成塊溫升是否正常,有無燙手現(xiàn)象;

  (5) 機內(nèi)有無特殊氣味,如變壓器電阻等因絕緣層燒壞而發(fā)出的焦糊味,示波管高壓漏電打火使空氣電離所產(chǎn)生的自氧氣味;

  (6) 機械傳動部分是否運轉(zhuǎn)正常,有無齒輪嚙合不好、卡死及嚴重磨損、打滑變形、傳動不靈等現(xiàn)象。

  直觀檢查一定要十分仔細認真,切忌粗心急躁。在檢查元件和連線時只能輕輕搖撥,不能用力過猛,以防拗斷元件、連線和印刷板銅箔。開機檢查接通電源時手不要離開電源開關(guān),如發(fā)現(xiàn)異常應及時關(guān)閉。要特別注意人身安全,絕對避免兩只手同時接觸帶電設備。電源電路中的大容量濾波電容在電路中帶有充電電荷,要防止觸電。

  斷路法

  將所懷疑的部分與整機或單元電路斷開,看故障可否消失,從而斷定故障所在的方法。

  壓力儀表出現(xiàn)故障后,先初步判斷故障的幾種可能性。在故障范圍區(qū)域內(nèi),把可疑部分電路斷開,以確定故障發(fā)生在斷開前或斷開后。通電檢查如發(fā)現(xiàn)故障消失,表明故障多在被斷開的電路中,如故障仍然存在,再做進一步斷路分割檢查,逐步排除懷疑,縮小故障范圍,直到查出故障的真正原因。

  斷路法對單元化、組合化、插件化的儀器儀表故障檢查尤為方便,對一些電流過大的短路性故障也很有效。但對整體電路是大環(huán)路的閉合系統(tǒng)回路或直接耦合式電路結(jié)構(gòu)不宜采用。

  短路法

  將所懷疑發(fā)生故障的某級電路或元器件暫時短接,觀察故障狀態(tài)有無變化來斷定故障部位的方法。

  短路法用于檢查多級電路時,短路某素服,故障消失或明顯減小,說明故障在短路點之前,故障無變化則在短路點之后。如某級輸出端電位不正常,將該級的輸入端短路,如此時輸出端電位正常,則該級電路正常。短路法也常用來檢查元器件是否正常,如用鑷子將晶體三級管基極和發(fā)射極短路,觀察集電極電壓變化情況,判斷管子有無放大作用。在TTL數(shù)字集成電路中,用短路法判斷門電路、觸發(fā)器是否能夠正常工作。將可控硅控制極和陰極短路判斷可控硅是否失效等。另外也可將某些儀表(如電子電位差計)輸入端短路,看儀表指示變化來判斷儀表是否受到干擾。

  替換法

  通過更換某些元器件或線路板以確定故障在某一部位的方法。

  用規(guī)格相同、性能良好的元器件替下所懷疑的元器件,然后通電試驗,如故障消失,則可確定所懷疑的元器件是故障所在。若故障依然存在,可對另一被懷疑的元器件或線路板進行相同的替代試驗,直到確定故障部位。

  在進行替換前,要先用一點時間分析故障原因,而不要盲目亂換元器件。如故障是由于短路或熱損傷造成,則替換上的好元件也可能被損害。再如一只二極管燒壞,可能是由于該管的工作電流和反向峰值電壓不夠,若此時換上另一只同型號的二極管也僅僅是把故障暫時做了處理,而未根除。

  另外,元器件的更換均應切斷電源,不允許通電邊焊接邊試驗。所替換的元器件安裝焊接時,應符合原焊接安裝方式和要求。如大功率晶體管和散熱片之間一般加有絕緣片,切勿忘記安裝。在替換時還要注意不要損壞周圍其他元件,以免造成人為故障。

  分部法

  在查找故障的過程中,將電路和電氣部分分成幾個部分,以查明故障原因的方法。

  一般檢測控制儀表電路可分為三大部分,即外部回路(由儀表的接線端往外到檢測元件、控制執(zhí)行機構(gòu)為止的全部電路)、電源回路(由交流電源到電源變壓器等全部電路)、內(nèi)部回路(除外部回路、電源回路以外的全部電路)。在內(nèi)部電路中又可分為幾小部分(根據(jù)其內(nèi)部電路特點、電氣部件結(jié)構(gòu)劃分)。分部檢查即根據(jù)劃分出的各個部分,采取從外到內(nèi)、從大到小、由表及里的方法檢查各部分,逐步縮小懷疑范圍。當檢查判斷出故障在哪一部分后,再對這一部分做全面檢查,找到故障部位。

  分部檢查按順序?qū)x器儀表各部分進行檢查分析判斷,雖比較有條理,但檢修時間長,在檢查中往往抓不住重點,浪費不少時間。此法適應于檢修人員維修經(jīng)驗較少,對儀器儀表故障現(xiàn)象不太熟悉,且故障較復雜的情況。

  人體干擾法

  人身處在雜亂的電磁場中(包括交流電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁場),會感應出微弱的低頻電動勢(近幾十至幾百微伏)。當人手接觸到儀器儀表某些電路時,電路就會發(fā)生反映,利用這一原理可以簡單地判斷電路某些故障部位。

  采用人體干擾法要注意所處的環(huán)境。如電氣設備和線路比較少及地下室、部分鋼筋建筑物等,干擾所產(chǎn)生的信號會小些,這時可用一根長導線代替手以獲得較大的干擾信號。另外采用此法在檢查儀器儀表的高壓部分或底板帶電的儀器儀表,務必十分注意安全,以免觸電。

  電壓法

  電壓法就是用萬用表(或其他電壓表)適當量程測量懷疑部分,分測交流電壓和直流電壓兩種。測交流電壓主要指交流供電電壓,如交流220V網(wǎng)電壓、交流穩(wěn)壓器輸出電壓、變壓器線圈電壓及振蕩電壓等;測直流電壓指直流供電電壓、電子管、半導體元器件各極工作電壓、集成塊各引出角對地電壓等。

  電壓法是維修工作中最基本方法之一,但它所能解決的故障范圍仍是有限的。有些故障,如線圈輕微短路、電容斷線或輕微漏電等,往往不能在直流電壓上得到反映。有些故障,如出現(xiàn)元器件短路、冒煙、跳火等情況時,就必須關(guān)掉電源,此時電壓法就不起作用了,這時必須采用其他方法來檢查。

  電流法

  電流法分直接測量和間接測量兩種。直接測量是將電路斷開后串入電流表,測出電流值與儀器儀表正常工作狀態(tài)時的數(shù)據(jù)進行對比,從而判斷故障。如發(fā)現(xiàn)哪部分電流不在正常范圍內(nèi),就可以認為這部分電路出了問題,至少受到了影響。間接測量不用斷開電路,測出電阻上的壓降,根據(jù)電阻值的大小計算出近似的電流值,多用于晶體管元件電流的測量。

  電流法比電壓法要麻煩一些,一般需要將電路斷開后串入電流表進行測試。但它在某些場合比電壓法更加容易同故障。電流法與電壓法相互配合,能檢查判斷出電路中絕大部分故障。

  電阻法

  電阻檢查法即在不通電的情況下,用萬用表電阻擋檢查儀器儀表整機電路和部分電路的輸入輸出電阻是否正常;各電阻元件是否開路、短路、阻值有無變化;電容器是否擊穿或漏電;電感線圈、變壓器有無斷線、短路;半導體器件正反向電阻;各集成塊引出腳對地電阻;并要粗略判斷晶體管β值;電子管、示波管有無極間短路,燈絲是否完好等。

  應用電阻法檢查故障時,應注意以下幾點:

  (1) 由于電路中有不少非線性元件,如晶體管、大容量的電解電容等,采用電阻法測量某兩點間的電阻時,因這些非線性元件連接著,所以要注意萬用表的紅、黑極性,因為不同極性所測出的結(jié)果是不同的;

  (2) 要避免用Ω×1擋(電流較大)和Ω×10K擋(電壓較高)直接測量普通小電流和耐壓低的晶體管、集成電路塊,以免造成損壞;

  壓力儀表中被測元件大多在電路上要牽連(串聯(lián)或并聯(lián))許多其他元件。因此,對于不是直接擊穿而是漏電或電阻阻值比較大的場合,要把被測元件脫開后再進行檢查測量。對于只有兩個引出線的電阻、電容器等元件,只要脫開一個引線即開,而對于具有3根線如晶體三極管等,則應脫開兩根引出線。

標簽: 壓力儀表
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