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温度通信如何实现最佳精度和可靠性以及最低噪声?

来源:发表时间:2019-07-09


      温度传感器到控制室的通信应设计成提供最大的可访问性,灵活性,可靠性和准确性。传统上认为最便宜的解决方案具有严重的后果和隐藏的成本。在这里,大家看看智能变送器和无线通信的出现如何为更好的通信以及更低的安装和生命周期成本以及过程性能改进打开了大门。
      与过程工厂中传感器数量相当或超过流量的最常见过程测量是温度。蒸馏塔可具有四个或更多个温度传感器以找到用于温度控制的最佳塔板,并且流化床反应器可选择最高的10个或更多个温度传感器来处理热点。过去,最便宜的硬件用于将温度传递到控制室,而没有意识到对测量精度,噪声和可靠性的影响。


      实上,早期的分布式控制系统(DCS)部分是基于通过将热电偶(TC)直接连接到可以处理16或32个输入的DCS TC输入卡来消除温度变送器的成本。由于12位宽范围输入卡和10 o的偏移,在引入0.35 o F的步骤(模拟到数字转换器噪声)方面的结果是灾难性的。由于传感器和引线错误的差异导致F或更高。电磁干扰产生的噪声很普遍。无法再使用微分作用,必须降低PID增益。色谱柱和反应器温度误差以及因此组成误差导致不良的工艺性能和不合格的产品。在许多情况下,调整温度设定点以补偿误差,并添加信号滤波器以减少噪声,从而增加总回路死区时间。
通讯
      为了对控制,安全或监控应用有用,必须将温度测量信号从测量点传送到过程的控制系统。两种最常见的方式是:
      变送器 - 传感器连接到变送器的短距离或直接连接到变送器,其信号转换为数字4-20 mA或无线信号。然后,转换的信号输出通过变送器线或无线网络传送到控制系统。
      有线直接 - 传感器的引线连接到控制系统的整个距离。沿途没有信号转换。
使用温度变送器直接连接到控制系统的热电偶和RTD输入卡的优点是:
      提供更强大的信号 - 来自变送器的4-20 mA或数字信号输出比直接连接的传感器信号更加稳健。噪声干扰对4-20 mA或数字信号的影响较小。
      测量精度最佳 - 变送器提供比直接接线更高的测量精度。例如,传感器可以匹配变送器(变送器传感器匹配),这提高了温度测量的准确性。温度范围可以缩小以匹配过程操作范围(对于具有12位输入卡的旧DCS而言很重要)。
      降低安装和维护成本 -变送器安装通常比直接连接传感器便宜,因为布线成本和安装(传感器线,特别是TC线,相对昂贵)可以节省成本。此外,强大的信号和精确的测量功能可通过增强变送器的功能和诊断功能节省时间和金钱。
      更好的过程性能 - 更高的准确性和可靠性以及更低的噪音可降低过程变化并增加运行时间。
洞察力:强烈建议使用变送器代替TC或RTD输入卡,通过将校准和非线性补偿与传感器相匹配,缩小跨度,降低噪声和提供诊断,大大提高准确性和可维护性。
数字通信的使用允许使用单个变送器进行多个温度测量并将这些信息传回控制系统。有一些温度设备专门用于利用这种能力,能够测量四个,八个或可能更多的温度。最常见的通信技术是HART?(包括WirelessHART?),FOUNDATION?Fieldbus和Profibus PA标准协议。
      WirelessHART(高速可寻址远程传感器)网络的可靠性,安全性和易用性,以及新通信规则和PID增强带来的电池寿命延长,使无线通信成为一种极好的选择。大多数过程中的温度变化非常慢,刷新时间可以设置得比其他类型的循环更长,从而延长了电池寿命。此外,温度环路中的噪声幅度和周期通常与其他环路相比非常小,除非存在两个阶段(例如,液体和气体)或混合不良(例如,均匀性差 - 由于搅拌不充分而增加的可变性),减少数量由噪声触发的异常更新,这也延长了电池寿命。
      技术先进的温度通信可降低安装成本并减少错误和噪音。智能变送器的出现使得直接安装在betway必威官网热电偶套管上的变送器更具吸引力。整体安装与无线选件的结合为过程性能改进创造了难以置信的机会。这篇文章提供了一些一般引导。有关更多详细信息,包括预测八种测量误差源的公式,
场变送器
      现场安装的变送器是所有变送器类型中最坚固的。坚固的外壳可防止腐蚀和潮湿。一些现场安装的变送器将电子设备安装在双隔间外壳中,这使得它们完全隔离了湿度的影响。双隔室变送器是在恶劣环境中使用的最佳设计。现场安装的变送器可以整体安装或远程安装。
      在整体安装中,变送器通过螺纹管接头和管接头直接安装在热电偶套管上,以便于拆卸传感器。由于今天的智能变送器非常可靠并具有极低的漂移率,可将校准间隔缩短至5年以上,可远程查看诊断信息,并可远程校准,因此对变送器处于地面的需求大大减少。变送器的整体安装降低了安装成本,并消除了引线和额外端接引起的误差和噪声。
      整体安装 - 变送器直接拧到传感器上(最好直接安装在美式[1/2英寸NPT]传感器上,最好带有管接头)。
      远程安装 - 变送器安装在传感器附近的管架或其他支架上。当测量点不可访问或过程环境过于苛刻以至于变送器不能直接安装在传感器顶部时,首选远程安装。
      洞察力:可访问性和温度允许的智能变送器的整体安装,提高了测量精度和可靠性。
      集成安装和无线变送器的使用为监控单元运行效率提供了灵活性和便携性,并以最少的过程死区时间找到最具代表性和灵敏度的测量位置。如果有任何管道连接或设备喷嘴以及网关设备的接入点或附近的无线变送器用于设备跳跃的视线,则可以在测试的基础上安装带有无线变送器的传感器,并探索和量化其优势。可以对数据分析,设备监控和单元操作控制的改进进行原型设计,并记录“之前”和“之后”的情况。
      洞察力:无线变送器的整体安装可实现在线过程和设备性能指标的灵活性和便携性,并优化测量位置。
头戴式变送器
      头戴式变送器是小型的圆盘形变送器。它们通常安装在保护罩内 - 用于直接安装的连接头或用于远程安装的接线盒。
轨道式变送器
      导轨安装式变送器设计用于连接DIN导轨(G型导轨或顶帽导轨)或直接拧在墙上。轨道式变送器也设计用于紧凑安装,允许将多个变送器非常紧密地安装在一起。
直接接线
如上所述,直接接线是指将传感器的引线连接回控制系统。由于传感器的引线(和原始信号)在从测量点到控制系统的整个距离内行进,因此必须注意避免两个关键问题:
      噪声 - TC对噪声干扰特别敏感,延长线必须绕过发电机和电机等源。
      热源 - 环境温度的大幅变化会影响传感器传输到控制系统的信号。
      引线电阻 - RTD引线的总电阻和RTD引线的电阻差异将影响RTD精度。3线变送器输入可以补偿总引线电阻。4线变送器输入可以补偿引线电阻的差异。
      使用现场变送器进行对过程分析和控制非常重要的所有温度测量。如果不能通过可达性或温度来禁止,则变送器应整体安装在热电偶套管上,最好使用管接头,以提高传感器的可拆卸性。考虑通过使用便携式无线一体式安装变送器,找到最佳测量位置,探索和原型化额外温度测量的潜在优势,从而提高过程性能。

 

 

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