HART变送器的校准_北京康斯特

HART变送器的校准

时间:2012年11月09日 浏览量:

问题详述:变送器是工业过程重要的基础自动化设备之一,主要进行物理信号的测量和变换处理。随着DCS系统在企业的广泛应用,变送器逐渐转向数字化、智能化。相比常规变送器,智能变送器具有更强的功能、更好的性能。
    变送器是工业过程重要的基础自动化设备之一,主要进行物理信号的测量和变换处理。随着DCS系统在企业的广泛应用,变送器逐渐转向数字化、智能化。相比常规变送器,智能变送器具有更强的功能、更好的性能。最常见的一类智能变送器是采用HART通讯协议,HART 全称为Highway Addressable Remote Transducer,意思是“高速链路可寻址远程变换器”,HART 协议现场仪表在原有的4~20mA工业标准信号上叠加数字信号,在不中断过程信号的情况下,在同一模拟回路上同时实现通信,给操作使用带来了极大方便。HART智能变送器的校验与常规变送器的校验有很大不同,在介绍如何校准之前,首先要了解HART变送器的工作原理。

1. HART变送器功能结构
    对于HART变送器而言,通过在输出和输出之间进行多点测试无法准确衡量出变送器的工作情况。HART变送器除了纯机械和电路之外,还有微处理器对数据进行运算操作。如图1所示,HART仪表可以分为三个部分,每一个部分都可以单独进行测试和调整。
    PVCounts输入块传感器调整mAPV转换块CountsmA输出块量程和转换关系输出调整回路测试PVPVAO传感器4-20mA(输入值)(4-20mA值)模拟毫安输出物理量

图1 HART变送器框图
    第一个方框的前面,变送器的传感器测量一些与过程量相关的物理量,例如电压、电容、电磁、电感、频率等。这些物理量可通过A/D转换器转换为数字表示。
    第一个方框为变送器的输入块。变送器对物理量PV(如温度、yzc388或流量)进行测量,并根据厂家的数值表或某种形式的方程将其转化为数字信号,第一方框的输出就是过程变量的数字值(PV),在手操器上读取过程变量时,就可以显示此PV值。通过HART指令可以对第一方框中的转换过程进行调整,被称之为传感器调整。
    第二个方框为变送器的转换块。转换块是将过程量按照严格的数学关系转换为毫安表示,可由变送器的量程值(零点和满度值)结合转换函数计算得到。转换函数中线性转换函数最常见,但在yzc388变送器中,往往还提供方根转换关系,某些特殊的变送器还可能实现一些常见的数学公式转换或者用户自定义数值映射表。第二个方框的输出是变送器输出回路电流值的一个数字值表示(PVAO),可用手操器通过指令读取。大多数HART变送器都提供一个指令将变送器设置为电流环测试模式,在此模式下将覆盖第二方框的输出,并替换为指定的输出值。
    第三个方框是变送器的输出块。输出块是将第二个方框计算出的输出数字值(PVAO)利用D/A转换器产生实际的4-20mA模拟电流输出。在此过程中,微处理器必须依靠一些内部校准因素来得到正确的输出。对这些因素的调整通常被称之为电流输出调整。
    了解典型的HART功能结构非常有助于HART变送器的正确校准。正确的HART校准包括传感器调整和输出调整或其中之一,不经过校验仪的量程调整不能称为校准,忽略输入块的输出调整也是错误的校准方法。

2.HART校准要求
    从HART功能结构的分析中可以看到HART变送器正确的校准过程明显与常规变送器大不相同。HART变送器的校准要求取决于HART变送器的工作情况。
    如果仅将HART变送器过程变量的数值用于监控或控制,则只需要对输入块进行明确的测试和调整;如果只是使用了HART变送器的模拟毫安输出,则只需要对输出块进行明确的测试和调整;如果同时使用了HART变送器的上面两项功能,则对输入块和输出块都需要进行测试和调整。需要特别指出的是输入块的校准与输出块的校准是没有关联的,两者相互独立,它们也都与零点和满度设置无关。

  2.1 输入块的校准
    对输入部分的校准,仍然采用基本相同的多点测试和调整方法,只是输出方式有所不同。在对输入块进行测试时,使用校验仪测量所施加的输入值,输出值则通过手操器或校验仪上的HART通讯指令来读取PV数值。测试完成后,根据多点测试的结果数据计算误差,其误差应满足变送器允许的精度,如不符合精度要求,则应遵照变送器厂家的校准手册对输入块进行调整,通常称之为传感器调整(Sensor Trim),传感器调整一般包括一个或两个调整点(低点和高点)。需要注意的是,对于yzc388类型的变送器,yzc388变送器本体上一般有零点调整和量程调整按钮,在对输入块校准时,只能通过HART指令执行传感器调整,而不是使用这两个按扭对零点和量程进行调整。不要混淆了两者的功能。

  2.2 输出块的校准
    对于输出部分,也仍然采用基本相同的多点测试和调整方法,只是输入方式有所不同。对输出块进行测试时,首先用手操器或者校验仪上的HART通讯指令使变送器进入一种固定的电流输出模式,用指令设定变送器输入的毫安值,再用校验仪测量变送器的电流输出。根据多点测试的结果数据计算误差,其误差应满足变送器允许的精度,如误差不符合精度要求,则应遵照变送器厂家的校准手册对输出块进行调整,通常称之为4-20mA调整、D/A调整或电流输出调整(Output Trim)。电流输出调整包括4mA(低点)和20mA(高点)两个调整点。

  2.3 整体性能测试
    对输入和输出部分校准完后,HART变送器就应当能正确工作了,图1所示的第二个方框只涉及计算的问题,所以对量程、单位和转换函数的改变不会影响变送器的准确度,即使HART变送器使用了一个不寻常的转换函数,也只是仅会影响到变送器的输入值到毫安输出值的转换,并不涉及到输入块和输出块的测试和校准。
虽然如此,但在实际校准应用中,当变送器处于4-20mA模拟输出模式且误差不是很大的情况下,对变送器进行量程迁移(即LRV/URV调整)是一种对输入块误差进行补偿的有效手段。
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