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【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

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发表于:2020/5/9 9:34:59
#0楼
【工控百家谈】,带你看工控大世界

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


编者按:
方原柏老师上一篇文章《艾默生罗斯蒙特压力变送器的前世今生》提到,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,那么,这三代产品背后有哪些技术在驱动?仪表行业在发生怎样的变革?且看方老师的这篇文章。

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。

附件 image.jpg
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。

附件 image.jpg
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。

附件 image.jpg
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。

附件 image.jpg
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。
附件 image.jpg

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。


(版权提示:本文为方原柏为“工控百家谈”公众号独家撰文,如需转载,请联系微信公众号获得授权。如需投稿请联系微信公众号小编)

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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发表于:2020/5/9 10:39:22
#1楼
不得不说罗斯蒙特的东东真的很好,用个8年真的没问题,基本可以用到设备仅存残值;好像现场市场上的大都是国产了吧,南京有一家生产厂。用过压变和质量流量计。
[此贴子已经被作者于2020/5/9 10:40:35编辑过]
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