【工控百家谈】方原柏：从艾默生罗斯蒙特三代产品看压力变送器的发展趋势

文章标题：方原柏:从艾默生罗斯蒙特三代产品看压力变送器的发展趋势
作者：方原柏


第一代：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，下图为昆明焦化制气厂热电站使用的1151压力变送器。

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。

第二代：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（见下图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。

3051变送器智能变送器

第三代：33051S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（见下图），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。

3051S数字化智能变送器

下面聊聊33051S这一创新平台的主要六个特点：

1）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（见下图），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。

3051S变送器的超级模块原理图

1. 全焊接的密封设计；
2. 316L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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）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IEC 62591 WirelessHART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。

6）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。

下表简单对比了这三代变送器的性能。

结束语

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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作者简介

方原柏，1942年生，男，湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院教授级高级工程师，昆明仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，《衡器》、《冶金自动化》、《仪表世界》等杂志编委，曾出版《电子皮带秤的原理及应用》、《电子皮带秤》、《工业无线通信技术及应用》、《有色金属生产过程自动化》四本专著，发表论文350篇。

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