2088型液位变送器 ：变送器选型失误分析

 概述
在某工程工业锅炉项目仪表选型讨论会上，笔者看到两家公司的选型方案，其压力、差压变送器部分选用的是的EJA变送器，部分采用最新产品EJX，档次是比较高的，总数约100多台，涉及锅炉烟气系统微压、微差压（量程≦6kPa）的变送器达数十台，约占总数的40%，其中有代表性的选型见表1。
 表1 微压、微差压（量程≦6kPa）变送器选型
虽然从测量范围上看，上述选型中要求的测量范围均符合要求，但由于其测量范围均处于该变送器可测量范围的低端，量程比值均等于或大于16.7：1，从变送器选型要求量程比值应尽量小（例如小于10：1）的原则来看，上表所列的选型显然是不恰当的。本文将从实际使用精确度和温度对测量精确度影响两个方面分析为什么上述选型是不恰当的。
2 实际使用精确度分析
变送器类产品选型样本中所列精确度我们通常称之为“指标精确度”，EJA110A的指标精确度为0.075%，EJX110A的指标精确度为0.04%(可选0.025%)。变送器实际使用（在环境温度、静压、电源电压相对稳定）时所能达到的精确度我们称之为“使用精确度”。
使用精确度通常可依据变送器选型样本中所列与量程比有关的精确度计算公式计算，通过计算，我们可以看到对大量程比的变送器来说，在某一量程比范围内，指标精确度和使用精确度是一致的，如超过这一量程比，使用精确度将低于指标精确度，而且降低的幅度是相当大的。
虽然大量程比变送器的可调量程范围很大，但当实际使用的量程比值很大时，使用精确度也下降得很厉害,所以大量程比变送器的真正可使用的量程比并不大。实际可使用量程比指的就是在这个范围内，变送器的指标精确度与使用精确度相等，超出实际可使用量程比的范围，变送器的使用精确度将低于指标精确度，精确度降低这是用户和厂家都不希望看到的结果。以表1为例，按厂家提供的资料，EJX110A的可测量范围是0.1~10kPa，但保证精确度0.04%的实际可使用的量程比是5：1（即测量量程≥2kPa）；EJA110A的可测量范围是1~100 kPa，保证精确度0.075%的实际可使用的量程比是10：1（即测量量程≥10kPa）。计算所得变送器的使用精确度见表2
表2  微压、微差压（量程≦6kPa）变送器使用精确度
首先分析EJA110A的选型，1~100 kPa的量程代号为M ,如果选上面一档L，其可测量范围是0.5～10kPa，保证精确度0.075%的实际可使用的量程比是3.33：1（即测量量程≥3kPa）。对应1、1.58、2、3、4、6 kPa测量量程的使用精确度分别为0.175%、0.12%、0.1%、0.075%、0.075%、0.075%，均优于M量程，这说明选用M量程是不合适的。
其次分析EJX110A，由于EJX系列暂时未推出最大量程仅为1kPa的120A产品，而在EJA系列中目前已经有量程为0.1~1kPa的120A产品，虽然表面上看EJX精确度比EJA高得多，但由于这几个量程EJX产品的实际使用量程比较大(约为33：1~20：1)，所以使用精确度较低，如果仍选用EJA产品中的120A（高精确度型HAC精确度为0.1%），则不仅价格降低，而且实际使用精确度与EJX基本相当，这是因为EJA120A的最大量程仅为1kPa，所以这几个量程EJA产品的实际使用量程比较小（约为3.3：1~2：1），较为接近最大量程。经计算，对应0.3、0.4、0.5kPa量程的使用精确度分别为0.117%、0.1%、0.1%。如果再加上下一节所介绍的温度对测量精确度产生的影响，选用EJA120微差压变送器将明显优于EJX。
3 环境温度对测量精确度影响分析
    前面分析的精确度指标是在环境温度、静压、电源电压相对稳定时所能达到的精确度，而在实际生产过程中，环境温度、静压、电源电压等参数都可能变化。在这样的条件下，精确度指标还会降低。下面以环境温度变化的影响为例进行分析。
我们知道，周围环境条件对测量精确度的影响是以满量程的相对值表示，例如当环境温度变化28℃（50℉）时，EJA110A的L量程的计算公式为：
  ±(0.08%量程+0.09%URL)     M量程为：±(0.07%量程+0.02%URL)
式中：URL为最大量程，对L、M量程分别为10 kPa、100 kPa。
经计算，对1kPa、1.58kPa、2kPa、3kPa、4kPa、6 kPa的测量量程，环境温度变化28℃时的影响量对比见表3。
表3  EJA110A的L、M量程环境温度变化28℃时的影响量
由表3可见，同一测量量程虽然可选L、M两个量程中的任何一个，但显然选择L量程更为恰当，其影响量大约小一倍。
    其次分析EJX110A，由于这几个量程EJX产品的实际使用量程比较大，所以在环境温度变化28℃时的影响量也较大，如果仍选用EJA产品中的120A（高精确度型HAC,精确度为0.1%），两者在环境温度变化28℃时的影响量的比较见表4。
表4  EJX110A的L量程与EJA120A的E量程环境温度变化28℃时的影响量
由表4可见，同一测量量程虽然可选EJX110A的L量程、EJA120A的E量程两个量程中的任何一个，但显然选择EJA120A的E量程更为恰当。因为它不仅价格便宜，而且在温度变化28℃时的影响量仅为EJX110A的L量程的1/4左右。这更进一步说明了即使是最新型的、最高精确度的变送器，如果选型不当，用户实际使用时的精确度还远远不如相对老一点、指标精确度低一点的产品。在上述量程变送器的使用环境中，有的环境温度变化相当大，例如测量汽包水位差压变送器（表中量程1.58kPa）的环境温度变化可能超过50℃，这种情况下变送器的稳定性就变得非常差了。
除此之外，静压的影响也与温度影响相似，用户实际使用时的量程比越大，静压的影响也越大，实际使用的精确度则越低。
    EJX产品样本中还有一组数据更形象地说明了实际使用时的量程比与精确度的关系：资料中给出了整体精确度（Total Accuracy）的概念，它是衡量变送器整体性能的综合指标，包含了实际装置所有主要因素导致的测量误差，它提供了实际运行时总的误差和所能达到的真实综合精确度。
资料提供的计算公式如下：对EJX110A M量程 0.04%精确度的产品来说，当量程比为1：1，即所选量程为最大量程（0~100kPa）时，横河公司给出的整体精确度指标是±0.12%；当量程比为5：1时，即所选量程为1/5最大量程（0~20kPa）时，给出的整体精确度指标是±0.25%。这就告诉我们，厂家宣传的精确度指标是在恒温、恒静压等条件下的测试结果，并不是在实际使用条件下可以真正达到的精确度。这同时也让我们知道，即使在实际可使用量程比范围内，所选量程越接近最大量程，其实际使用精确度越高。
4 结束语
变送器选型时，用户应根据工艺要求的测量范围选择变送器的量程，此时要做到以下三点：
所选变送器的量程在变送器的测量范围内；
所选变送器的量程在变送器的实际可使用的量程比范围内；
所选变送器的量程尽量接近变送器的最大量程。
通常情况下，第一点很容易做到，因为这是最基本的；第二点要在几个相邻量程中做出选择，通常也可能做到；第三点则要看各厂家变送器的相邻量程的比值，有时候可以挑选，有时候就没有选择余地了。只做到第一点，变送器的测量精确度很难保证；做到第二点，变送器的测量精确度基本保证；做到第三点，变送器的测量精确度就可能达到最佳值。希望用户在使用或选型时要特别注意这个问题。
作为变送器的生产厂家来说，也应做到以下几点：
不要夸大宣传大量程比变送器的优点；
在产品选型资料中要重点宣传选择变送器的量程应在变送器的实际可使用的量程比范围内并尽量接近变送器的最大量程；
在确定厂家变送器产品量程序列时，相邻量程最大测量值之比应小一点，目前10：1较为流行（如罗斯蒙特、横河等公司），6~8：1的厂家（如ABB等公司）较多。笔者建议采用3~5：1最佳，这样可为用户变送器选型尽量接近变送器的最大量程创造条件。