電容智能型變送器在化工生產中的應用

摘要:對化工生產中常用的電容智能型變送器的結構特點、工作原理、安裝調試以及故障處理等進行闡述，并結合化工生產實際應用操作情況,分析了電容智能型變送器的優劣,為化工生產一線的儀表技術人員提供借鑒。
　　電容式壓力變送器是常應用的壓力變送器，隨著科學技術的發展，微電子技術、微處理器技術以及現場總線技術不斷更新，以電容作為壓力傳感器的智能型壓力/差壓變送器出現并得到應用,這種變送器既符合現場總線協議,可靠性又得到極大提高，因而得到化工行業的青睞,在化工生產裝置中已應用相當普遍。變送器將檢測到的各種流體的差壓或壓力,轉換為電流信號傳輸給儀表;調整功能可通過HHC(手持通信器)進行，即使在儀表室等遠離變送器的場所也可容易地變更.各種設定(量程、阻尼時間常數、自檢等);同時,通過帶有本地調整功能的LCD單元可與HHC實現同步，大大提高了現場維護的可靠性和方便性。
1變送器結構及工作原理
1.1電容傳感器結構圖
　　從原理上講，電容傳感器依然采用電容來進行測量,但其結構與原來的電容傳感元件有很大不同,用硅材料制成電容，最大特點是體積特別小(9mmx9mmX7mm，),故稱電容傳感器(結構如圖1所示)。電容傳感器是整體封裝，周圍被封液包裹,變送器采用了浮動膜盒結構,這樣可以消除被測介質溫度和靜壓對測量膜片的影響。
 
1.2新型浮動膜盒
　　新型浮動膜盒的結構(見圖2)能保護傳感器，使其在多種惡劣環境中工作，傳感器工作的穩定性得到提高,方便了現場的設置操作。因此，相比傳統電容傳感器，其溫度特性、靜壓特性、過壓保護特性更優異。
 
1.3工作原理
　　感測,原理:硅材料膜片形成兩個電容C1和C2.當傳感器兩端的壓力PH.PL發生變化時，電容C1和C2也會相應發生變化,測量電容的變化量,并由此可計算出壓力差。
　　變送原理:傳感膜盒中存放著由生產線上計算機采集到的包括測量范圍、輸入輸出特性、靜壓和溫度特性、修正數據等在內的各種參數.變送器調試過程中儀表的各種參數則存放于電子單元中，這種雙存儲器結構使儀表具有良好的部件互換性，微處理器可以根據兩個溫度傳感器測得的溫度隨時修正，減小溫度變化產生的影響。
2電容智能型變送器特點
2.1傳感器特點
　　傳感器封裝后僅有7mmx7mmx9mm,體積非常小;測量膜片采用單晶硅材料.其熱膨脹系數僅有金屬膜片的1/4,受環境溫度變化的影響較小;材料的抗疲勞性能強,儀器可以長周期穩定運行;硅材料沒有彈性滯后,因此儀器具有很好的線性特性,儀表的回差率可忽略不計，使用過程中也不需要調整零點。在最大測量范圍內，硅膜片的最大位移量是其他移變送器的幾十分之一，膜片的移動接近理論的平行板電容器,因而儀表的線性好、精度高。傳感器是在單晶硅片.上光刻出來的，其功耗低、響應快，便于集成并保證傳感器的一致性。
2.2新型浮動膜盒特點
2.2.1溫度特性優良.
　　因為將小型電容傳感器從膜盒的下部移到，了放大器臺內部,可使傳感器遠離過程介質，從而使傳感器受過程介質溫度變化的影響減小。傳感器內部安裝了溫度傳感元件,對溫度比較敏感,變送器的微處理器可隨時修正溫度變化產生的影響，所以儀表的溫度特性很好。
2.2.2靜壓影響小
　　傳感器與過程介質和外部環境沒有直接接觸,改善了傳感器的受力狀況。膜盒四周設有基座，如果受到很高的過程壓力，基座會因受到軸向力的作用而產生徑向變形;電容傳感器被封液所包圍，而傳感器受力是通過封液來傳遞，因而它受到的是周邊不同方向的均勻壓力,不會產生變形，因此儀表的靜壓影響極小。
2.2.3可靠的單向過壓保護
　　膜盒中間的過壓保護膜片在儀表正常工作時，不會因測量壓力的作用產生位移或者發生彎曲。過壓保護膜片的移動壓力為最大測量值的3倍。當變送器承受單向壓力過大時，過壓保護膜片會發生彈性變形,抑制封液壓力的繼續上升,對傳感器的測量膜片(硅膜片)不會產生影響，起到了單向過壓保護作用。當單向壓力消失時,由于材料的彈性特性，測量膜片和過壓保護膜片可迅速恢復到初始位置。這使得安裝變送器時，可以將過程壓力直接引入變送器的測量室,而且不需要安裝附加的組合閥門。
2.2.4結構緊湊、體積小
　　因為小型電容傳感器是設置在放大器內，膜盒結構簡單緊湊,體積也相對減小不少,現場使用操作也更加方便。
3維修、檢查和故障處理.
　　生產裝置中電容智能型變送器配置數量很多,由于涉及多種化工產品的生產，電容智能型變送器使用中出現問題的頻次較高，例如在己二酸生產工藝中儲存罐使用的溫度傳感器，檢測到的溫度變化后輸出電流曾出現超量程現象，變送器的微處理器修正溫度也產生誤差，以往處理排除此類故障需要從傳感器源頭排查,排除故障非常耗時，維修效率低，嚴重時會導致停車。通過不斷地總結和探究，現在當電容智能型變送器使用中出現故障時，檢修工作人員很快就能查出故障原因，并準確、及時地進行維修。
3.1維修、檢查
　　為了保持變送器的精度和壽命，需根據運行狀況進行定期檢查(1次/年)。
　　包括:檢查變送器各部分是否有損壞、腐蝕等現象;傳輸部罩殼、段子部罩蓋、0形圈是否損壞或出現老化;流體是否泄漏;去除變送器內和導壓管內積液等。
3.2電容智能變送器常見故障及其處理方法
3.2.1輸出電流出現超量程
　　造成這種現象的原因可能有如下幾種:歧管閥的開閉狀態不正確;有泄漏造成降壓;導壓配管連接方法不正確;導壓管內阻塞;放大部的外部連接端子部電壓失準等。在工作中，要及時檢查，逐項排除，有問題及時解決，使閥門及時恢復正常，堵漏、修正連接管、排除堵塞或更換元器件等。
3.2.2無輸出電流
　　主要原因可能為:歧管閥的開閉狀態不正確;導壓配管連接方法不正確;有壓力泄漏;導壓管內阻塞;電源極性錯誤;外部連接端子部電壓錯誤。出現上述問題時，要及時調整、修正，檢查配線電纜絕緣.情況，并進行適當處理。
3.2.3輸出電流誤差大
　　主要原因可能為:導壓配管連接方法不正確;變送器內混入氣體或液體;介質密度發生變化;環境溫度變化較大;電子部不良等。出現上述問題時，要及時修正，進行排氣、排液;密度不對時,要及時修正，重新調整，加強控制，減少溫度變化;電子部件出現問題時，要及時更換。
4結束語
　　通過對電容變送器的特性進行分析，結合變送器在化工生產中應用情況，針對電容變送器出現常見故障，根據長期從事化工裝置的實際維檢工作經驗.提出了維修處置措施,為從事化工儀表操作的技術人員借鑒。隨著化工行業的產業調整和技術升級,電容智能變送器在化工生產中的應用范圍將會越來越大。