智能壓力變送器在液體環(huán)境中的應(yīng)用

本文涉及智能壓力變送器在室外液體環(huán)垅下的工作調(diào)節(jié).包括探頭的安裝位置、探頭材質(zhì)、引線材質(zhì)與連接方式以及數(shù)據(jù)處理模塊的保護措施等。本文涉及的智能壓力變送器主要包括測量傳感器頭、連接線或桿、數(shù)據(jù)處理模塊組成，連接方式的多樣性保證了儀表在各種瀏童環(huán)境中的適應(yīng)性。在數(shù)據(jù)處理模塊采用基于HART與485技術(shù)的通訊方式，大大增加了智能壓力設(shè)備傳愉范圍。智能壓力變送器在液位測童中的應(yīng)用推動智能設(shè)備在居民日常生活領(lǐng)域的拓展，提高生活質(zhì)量，引領(lǐng)智能技術(shù)進步發(fā)展。

    傳感器技術(shù)的發(fā)展推動了以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的智能測量儀表的進步，不同測量環(huán)境的需求促進了智能壓力變送器在不同場合中的應(yīng)用發(fā)展，在液體中的應(yīng)用開拓了智能壓力變送器的新時代。越來越多的液位測量項目對智能壓力變送器的性能要求不斷提高，防腐蝕材料、隔膜技術(shù)的引進更加拓寬了智能壓力變送器的應(yīng)用非常規(guī)領(lǐng)域，智能壓力變送器的應(yīng)用省去了傳統(tǒng)抄表技術(shù)的繁瑣，推動生產(chǎn)生活的自動化進程。

1、壓力儀表現(xiàn)實應(yīng)用環(huán)境

    本文涉及的智能壓力變送器，采用擴散硅壓阻式壓力傳感器，模擬量輸出，具有HART協(xié)議，量程lm-loom，輸出4-20mA的電流顯示，具有溫度影響小、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。其可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科研過程中與儀表材質(zhì)兼容的液體靜壓液位的連續(xù)測量，尤其適用于水處理過程中的儲水罐、水池、深井的液位測量。

    智能壓力變送器的系統(tǒng)搭建是集計算機技術(shù)與智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)為一體的儀表小型工作組，結(jié)構(gòu)圖1如下:

智能壓力變送器的小型工作組

2、核心技術(shù)

2.1傳感器

    擴散硅是一種受到擠壓后電阻值會發(fā)生改變的材料。SC系列擴散硅壓力變送器有兩種形式:一種是在膜片后面放一塊擴散硅，膜片受壓后擴散硅阻值改變，通過測量阻值并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，這種變送器壽命較低，且精度、穩(wěn)定性不太好。沒有差壓類型。另一種是將擴散硅結(jié)合在測量膜片中，組成一個電橋，圖2所示，成型后從中挑選4個參數(shù)一致的組成電橋，工作時橋臂電阻改變，橋路輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換形成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。利用電橋原理可以形成極強的抗漂移、抗外部干擾的能力。工作時膜片置于不同的腔室中可接受差壓、絕壓、表壓信號。這種三暢變送器抗干擾能力，壽命和精度指標(biāo)都比較高。

擴散硅壓阻式傳感器原理

2.2數(shù)據(jù)處理模塊

    在生產(chǎn)過程中，傳感器通過電器連接板的管腳跟智能HART協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板連接，傳感器外部連接通常小嘴接口、平鑲接口和M20/GI/2連接幾種，傳感器連接線管腳分為S+、S一、0一和0+，即電源正負(fù)、信號高低四個管腳，連接板一般不具有外部ROM數(shù)據(jù)存儲功能，傳感器數(shù)據(jù)通過管腳上傳至HART轉(zhuǎn)換板，在轉(zhuǎn)換板內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換，從傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號和數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能夠顯示的模擬信號，以四線或流線編碼器傳輸給顯示表。HART轉(zhuǎn)換板在此過程中有著數(shù)字信號與模擬信號相互轉(zhuǎn)換的功能，根據(jù)實際要求，達到智能儀表的數(shù)字量與模擬量多組合輸出。

2.3防腐蝕技術(shù)

    金屬材料及其制品表面經(jīng)處理后形成防護層，可以使金屬表面與外界介質(zhì)隔開，阻止兩者發(fā)生作用，同時還能取得裝飾性外觀。表面防護是防止或減輕基體金屬腐蝕應(yīng)用非常普遍的方法。本文涉及儀表采用噴鍍、電鍍、金屬包覆、真空鍍膜等表面防護技術(shù)，適用儀表的各類復(fù)雜環(huán)境。防腐蝕技術(shù)對在腐蝕性介質(zhì)中的金屬材料及其制品，采用各種不同的防腐蝕技術(shù)，以延長金屬制品的使用壽命，保證工藝設(shè)備的安全和順利運行。

3、傳輸技術(shù)

    HART技術(shù)的引進對傳統(tǒng)非智能儀表的發(fā)展起到了促進作用，從而涉及到了智能儀表的產(chǎn)生和發(fā)展，而隨著無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用和成熟發(fā)展，相應(yīng)技術(shù)模塊出現(xiàn)在壓力儀表上，而面對壓力儀表要求低功耗的要求，zigBee技術(shù)和GsM技術(shù)優(yōu)點不斷顯現(xiàn)。目前市場上大多數(shù)儀表采用zi叨ee技術(shù)，因其便宜經(jīng)濟的成本大受歡迎。然而zigBee技術(shù)受制于外界環(huán)境因素特別明顯，如距離和溫度等，面對這些問題，無線技術(shù)參考了GSM全球通信技術(shù)，思考通過依附于成熟準(zhǔn)確的無線電通信技術(shù)，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集供方和接收方的無縫連接，保證了數(shù)據(jù)的零風(fēng)險傳輸。GSM與HA丑T技術(shù)的聯(lián)合對無線儀表的進步又增添動力，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在:

    (1) GSM技術(shù)保證HART數(shù)據(jù)的實時輸出;

    (2)HART技術(shù)數(shù)字量輸出為GSM技術(shù)實現(xiàn)做好鋪墊，實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)的數(shù)字量的輸出和保存;

    (3) GSM技術(shù)克服了無線技術(shù)受限于距離等外部環(huán)境的困難，技術(shù)先進成熟;

    (4) GSM技術(shù)與HART技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)了儀表設(shè)備簡單有效低功耗的要求，符合節(jié)能環(huán)保的企業(yè)未來發(fā)展趨勢;

    (5)單節(jié)點好立工作，相互不受影響，與控制器單線通信，數(shù)據(jù)丟失降到非常低。

        結(jié)合無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖3所示，多臺儀表組成一個網(wǎng)絡(luò)小組，大數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)多個網(wǎng)絡(luò)小組構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集與分析、

4、數(shù)據(jù)統(tǒng)計

    多組傳感器網(wǎng)絡(luò)采集大量傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸介質(zhì)不斷存儲在系統(tǒng)末端的數(shù)據(jù)庫中，本系統(tǒng)采用大容量ROM存儲器，保證了事故斷電后數(shù)據(jù)的完整性，具有反復(fù)讀寫的長久壽命，容量大保證了讀寫反復(fù)性對存儲器本身壽命的影響，利用數(shù)據(jù)量存儲空間把數(shù)據(jù)壓縮至占空間量非常小，在數(shù)據(jù)分析的流程中確保分析工作的延續(xù)性。大量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以定制電子表格形式存儲，如圖4，包含采集時間、實時數(shù)據(jù)，文件大小控制在1MB內(nèi)方便統(tǒng)計軟件調(diào)用及數(shù)據(jù)處理，在軟件中做數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計及儀表狀態(tài)實時報送。

5、液晶顯示及錯誤報警

    儀表數(shù)據(jù)分析終端采用大型液晶顯示方式直觀顯示各個儀表采集組的實時數(shù)據(jù)，通過設(shè)置不同數(shù)據(jù)顏色表示儀表位置數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)，綠色表示正常工作狀態(tài)，黃色表示臨近超差，紅色表示工作位置處設(shè)備異常，與數(shù)據(jù)顯示分析并人警鈴報警設(shè)備，通知相關(guān)人員及時處理異常工作狀態(tài)。

6、總結(jié)

    液體、氣體的精確測量的技術(shù)發(fā)展不斷促進著儀器儀表技術(shù)的進步，智能儀表在原有物理儀表基礎(chǔ)上添加智能模塊，完成了傳統(tǒng)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)變，同時在實際工作現(xiàn)場ProfiBus總線的應(yīng)用，把智能網(wǎng)關(guān)作為傳輸中樞，數(shù)據(jù)信息傳輸與控制指令同時實現(xiàn)，在PC中央處理器中實現(xiàn)整個集成系統(tǒng)的控制和實時監(jiān)控。這一技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，基本實現(xiàn)了液體的不同截流面位置流量的精確測量，應(yīng)用領(lǐng)域會越來越多，技術(shù)發(fā)展前景廣闊。