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艾默生压力变送器50年

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发表于 2019-8-13 16:33:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
压力参数的测量,一直是工艺过程参数检测的重点,它不仅只是检测压力,也包括负压、绝对压力、差压的检测,还涉及流量、液位、密度、重量、设备阻力等参数的检测,一个工程项目的订货量往往能达到成百上千台,如100万t/年乙烯、1000万t/年炼油一个项目的压力变送器订货数量就达8000台,所以是自动化仪表所有检测设备中最重要及数量最多的自动化装置。

早期的压力参数的测量,除了就地压力表外,还有两类设备,一类是基地式压力仪表,另一类是单元组合仪表中的变送器类仪表。

基地式压力仪表,如水银浮子式、双波纹管式,它将测量部分、转换部分、指示记录部分及可能具有的运算部分、调节部分全部集中在仪表壳体之内,所以称为基地式仪表。水银浮子式属含水银仪表,水银有毒,对仪表使用、维护人员身体健康危害较大,国内在上世纪六十年代后期已淘汰,并用双波纹管式取代水银浮子式用于检测压力,但因为无远传、体积庞大、量程不可调、准确度较低等原因,用量越来越少了。

国内在上世纪六七十年代大量使用电动、气动单元组合仪表,其中测量压力的变送器为力平衡式和矢量式变送器,准确度约为1%。

上世纪六十年代美国仪器仪表市场上力平衡式气动变送器应用较多,但存在易漂移、可动部件多,维护量大等缺点。1969年,罗斯蒙特公司(Rosemount)将其申请的第一份专利—可变电容压力传感器转换成产品1151电容式压力变送器(transmitter),用电信号取代气动信号。电容式变送器在检测压力时传感元件的位移和变形极小,从此开始了微位移式变送器的新时代,在稳定性、可靠性和准确性方面,它前进了一大步。此后,各大仪表厂商分别推出属于微位移式压力变送器,如电感式、扩散硅式、振弦式、谐振式、陶瓷式等工作原理的变送器。

罗斯蒙特公司

罗斯蒙特公司第一个产品是航空用的温度传感器,1967年推出世界上第一台两线制温度变送器,开始进入工业生产过程自动化市场。1969年罗斯蒙特公司在休斯敦ISA展会上首次推出1151模拟电容式压力变送器,受到了广泛关注,压力变送器开发成功使罗斯蒙特从一家专业航空仪器制造商转变为过程自动化公司。1972年,一家公司一次订购了1000台罗斯蒙特1151变送器,使罗斯蒙特公司在过程自动化检测技术方面发挥了主导作用。

1976年,艾默生过程管理公司收购了罗斯蒙特公司,使其成为旗下生产各类仪表产品的主力子公司。上世纪八十年代初期,西安仪表厂首开引进国外仪器仪表技术的先河,从罗斯蒙特公司引进当时世界上最为先进的1151型电容式压力变送器制造技术。

在历年美国“控制”(CONTROL)杂志读者评选奖中,罗斯蒙特公司均名列压力变送器产品的第一名,早期的评选还列出票数的百分比,如罗斯蒙特公司2000年的评选得票62%,2004年评选得票73%,2008年评选得票65%,可见排名居后的厂家与罗斯蒙特公司的差距很大。

罗斯蒙特公司的三代压力变送器产品

从1969年推出1151模拟式压力变送器算起,罗斯蒙特公司在变送器产品上一共开发了三代产品:1151模拟电容式压力变送器算第一代,1988年推出3051智能式变送器算第二代,2001年推出3051S数字化智能变送器算第三代。

迄今为止,全球75个国家的85000家以上的客户使用了罗斯蒙特公司的压力变送器超过了1500万台。

1151模拟电容式变送器

这是中国人大量接触的第一代国外变送器,除了DR型微差压变送器的精度是0.5%以外,其余的大都是0.25%。其特点是采用可变电容工作原理,传输4~20mA模拟信号,就地显示表头为指针式,6:1左右的可变量程比,6个月的稳定性。

当西安仪表厂引进1151模拟式变送器后,产品较高的稳定性和低故障率,使它迅速占领了国内压力变送器市场。作者1985年在昆明焦化制气厂设计选用了约两百台1151压力变送器,直到2016年因进口天然气管道引入昆明致使该厂停产,约80%的变送器三十年后仍在现场使用,图1为昆明焦化制气厂热电站使用的1151压力变送器。



当后期推出第二代、第三代压力变送器产品后,由于大量用户仍然钟情于1151变送器,罗斯蒙特公司在老产品中不断注入新技术,使之智能化、数字化,如采用HART协议实现了1151变送器的智能化,量程比扩大到15:1、40:1、50:1,精度提高到0.1%、0.075%,稳定性增加到两年。

3051智能变送器

1988年推出的3051智能式变送器具有以下特点:传感元件采用微机械电子加工技术,安装有测温补偿元件及大规模集成电路组成的电路板;灵活的共平面过程连接方式,小型化使尺寸和重量进一步减少了50%;提高了变送器的性能,如量程比扩大到100:1,精度提高到0.075%,响应时间减少到100ms,稳定性提高到5年;支持一系列数字通信选项,将HART或罗斯蒙特公司的DE通信添加到4-20mA模拟信号中,同时传输模拟信号和数字信号;变送器就地显示表由模拟指针式改进为数字式;可用手操器就地组态或在控制系统上远程组态,实现远方设定或远方修改变送器组态数据。

将流量检测元件与差压变送器组合成一体化的差压流量计(见图2中左侧第二台变送器)很好解决了用户在现场经常面临的麻烦:泄漏点多,引压管长,检查与维护工作麻烦。还创新地开发了3095多参数变送器(见图3中左侧第一台变送器),将压力、压差(DP)和温度测量结合成单一装置,在需要温压补偿的空气、蒸气及天然气等应用场合,用于质量流量的测量,在10:1的流量量程比范围内,精度可达到0.1%。



当后期推出第三代压力变送器产品后,又增加FF、PROFIBUS-PA现场总线选项和提供WirelessHART无线传输功能。



3051S数字化智能变送器

2001年,罗斯蒙特公司推出第三代3051S数字化智能压力变送器(见图3),采用了新的检测技术、安全仪表功能、自诊断功能和数字化通信能力。

这一创新平台的主要特点是:

检测技术先进

3051S变送器采用超级模块(SuperModule)设计及先进的土星(Satum)双传感器检测技术(见图4),额外的传感环提供第二个电容测量做比较,减少滞后影响,使变送器零漂降低30%,过压性能提高10倍;改进了传感膜头制造工艺,提高了膜头精度和静压性能;改进充油工艺过程,优化了产品性能;采用新的专用集成电路ASIC技术,使变送器线性更好,精度更高;超级模块与单一电路板置于全焊接真空密封的不锈钢壳体内,因而消除了湿气、粉尘及其它现场恶劣环境对变送器测量的影响。



1全焊接的密封设计;2316L不锈钢外壳;3土星检测技术;4共平面的过程隔离法兰;5多总线输出信号;6专用集成电路ASIC技术;7单一电路板

带毛细管的远传隔离密封式双法兰液位计常用于被测介质有腐蚀性、有固体悬浮物、粘稠的场合,现在5m以上的高量程液位测量可以采用电子远程传感器系统(ERS),它取消了主法兰和副法兰之间的机械毛细管脉冲管线的连接,而采用主法兰和副法兰分别安装两个压力传感器,两个压力传感器之间用电缆连接组成“ERS局域网”进行同步数字差压测量。电子远程传感器系统响应时间缩短、安装维护成本降低、检测精度提高。

安全性能可靠

3051S变送器是按IEC61508经TüV认证,符合IEC-61511(过程工业安全标准)安全级别SIL2(单输入量模式)、SIL3(双输入量冗余模式)标准的产品。首次采用整体安全回路的方式来进行控制,安全数据和报警信息可在DCS操作界面中显示,同时储存在它的历史记录中,并能够被传送到AMS智能设备管理软件中进行统一归档和管理。

自诊断能力强化

3015S还可进行更高级别的诊断,不仅检测自身运行的异常,而且还能检测通信路径的完整性、过程本身的健康状况和相关资产性能的异常。高级诊断功能可包括对引压管堵塞、接线盒浸水故障进行诊断。如发生堵塞时,虽然主变量未见明显变化,但能监测到主变量的过程噪声发生改变,从而实时监控堵塞的发生;如接线盒浸水,将导致回路中出现泄漏电流,相当于回路中“并联”或“串联”了额外的电阻,泄漏电流和仪表输出电流叠加在一起,导致DCS读数异常。

通讯协议更齐全

3051S变送器在4~20mA/HART、FF的基础上增加了PROFIBUS-PA。

新添无线传输功能

2008年,罗斯蒙特工程公司率先在全球推出符合过程自动化无线通信标准IEC62591WirelessHART的无线压力变送器,使得众多用户在新设计或工艺过程需要增加更多监测点时,安装更快速,维护更轻松,费用更节省,操作过程中可视性更高。从2007年开始的十一二年时间里,共投运14000个无线网络,总运行时间约20亿小时。



性能指标提升

3051S变送器的精度0.025%,量程比扩大到200:1,响应时间100mS,稳定性达到10年以上。

小结

罗斯蒙特公司五十年前问世的1151电容式压力变送器开创了微位移式压力变送器的新时代,三十一年前3051智能式压力变送器和十八年前3051S数字化智能是压力变送器的开发也代表了当时的最先进产品水平。据说罗斯蒙特公司新一代压力变送器的研制工作早已开始,由于精度等指标已接近极限,所以其重点放在自诊断等数字化功能的开发上。
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发表于 2019-8-13 21:00:22 | 显示全部楼层
西洋变送器的来临,终结了旧仪表工的钳工技能…
至于文中提到的西仪,一款变送器拿着往死吃,效益不好时罗斯蒙特曾有收购的想法,但人家要求是:收购后干掉当时的管理层!结果被管理层否决了…
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