環(huán)境溫度對(duì)溫度變送器的影響
溫度變送器因自身具有的良好特性在工程設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，但在惡劣環(huán)境溫度下使用時(shí)其信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的漂移，使誤差增大，增加了現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)工作量。分析了環(huán)境溫度對(duì)溫度變送器精度的影響程度，計(jì)算出環(huán)境溫度變化導(dǎo)致溫度變送器產(chǎn)生的誤差變化，提出了溫度變送器的選用原則：在溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度正常(不大于60℃)或安裝位置不高(不大于20m)的場(chǎng)合，宜選用溫度變送器；對(duì)于溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度較高(大于60℃)或安裝位置較高(大于20m)的場(chǎng)合，宜選用分體式溫度變送器或YRINX03-39現(xiàn)場(chǎng)儀表箱將溫度變送器安裝在環(huán)境溫度較低的工況環(huán)境。
溫度變送器是將熱電偶或熱電阻等測(cè)溫元件傳感器和溫度數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊制成一體，直接輸出4-20mA+HART電流信號(hào)。其特點(diǎn)：
①信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)；
②輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；
③溫度轉(zhuǎn)換模塊可直接輸出智能HART信號(hào)，實(shí)現(xiàn)儀表智能管理；
④控制系統(tǒng)的卡件類(lèi)型減少；
⑤不需要用補(bǔ)償電纜及冷端補(bǔ)償?shù)取?/p>
鑒于以上特點(diǎn)，溫度變送器在石化裝置中得到廣泛應(yīng)用。但用戶(hù)持反對(duì)意見(jiàn)的越來(lái)越多，問(wèn)題主要體現(xiàn)在溫度變送器受環(huán)境溫度的影響較大，信號(hào)漂移非常嚴(yán)重，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，需要經(jīng)常維護(hù)調(diào)校，增加了工作量。因此，很多用戶(hù)更換溫度變送器，直接采用熱電偶或熱電阻測(cè)溫傳感器，因?yàn)檫@種*原始的測(cè)溫元件，誤差幾乎是不變的，沒(méi)有太大的維護(hù)量。
筆者依據(jù)該溫度變送器的參數(shù)，以Pt100熱電阻和K型熱電偶測(cè)溫元件傳感器為例，分析計(jì)算環(huán)境溫度變化對(duì)一體化溫度變送器所產(chǎn)生誤差的變化。
1、定義環(huán)境溫度
誤差計(jì)算之前先定義環(huán)境溫度，其依據(jù)：
①選用補(bǔ)償電纜對(duì)環(huán)境溫度有規(guī)定，分為普通型（70℃和105℃）和耐高溫型（200℃和260℃）；
②選用溫度變送器有一些限制，即在溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度正常(不大于60℃)或安裝位置不高(不大于20m)的場(chǎng)合，宜選用溫度變送器；對(duì)于溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度較高(大于60℃)或安裝位置較高(大于20m)的場(chǎng)合，宜選用分體式溫度變送器或YRINX03-39現(xiàn)場(chǎng)儀表箱將溫度變送器安裝在環(huán)境溫度較低的工況環(huán)境；
③該溫度變送器定義其工作極限溫度為-40~85℃(不配LCD顯示器)。因此，以下將環(huán)境溫度分為-25℃，5℃，40℃，60℃，80℃，100℃，150℃七種狀況來(lái)分析環(huán)境溫度對(duì)溫度變送器的影響(20℃為出廠(chǎng)的標(biāo)定溫度)。
2、誤差計(jì)算方法
通常需考慮測(cè)溫元件傳感器的精度a、溫度變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的精度b，環(huán)境溫度對(duì)測(cè)溫元件傳感器的精度影響c和對(duì)變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的精度影響d。溫度變送器可能的*大誤差：e=a+b+c+d； 溫度變送器可能的*大誤差：
3、計(jì)算示例
采用Pt100熱電阻（α=0.00385），溫度變送器測(cè)量范圍為0-350℃，a=±0.15℃，智能型溫度變送器的輸入選項(xiàng)和精度參數(shù)見(jiàn)表1所列。
表1 智能型溫度變送器的輸入選項(xiàng)和精度參數(shù)
從表1查得測(cè)溫元件傳感器的精度為±0.15℃。b=±0.03%×(350-0)=±0.1051℃，從表1查得b為±0.03%量程。當(dāng)環(huán)境溫度是20℃時(shí)（即出廠(chǎng)標(biāo)定溫度）：e=a+b=0.15+0.105=0.255℃，
；當(dāng)環(huán)境溫度變化到60℃時(shí)，對(duì)測(cè)溫元件傳感器和變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的影響分別是：c=0.003×(60-20)=0.12℃，式中：0.003是從表1查得環(huán)境溫度每變化1℃對(duì)傳感器精度的影響為0.003℃； d=0.001%×(350-0)×(60-20)=0.14℃，式中：0.001%是從表1查得環(huán)境溫度每變化1℃對(duì)變送器精度的影響為0.001%量程。
環(huán)境溫度變化引起溫度變送器可能的*大誤差：e=a+b+c+d=0.15+0.105+0.12+0.14=0.51℃； 環(huán)境溫度變化引起溫度變送器可能的綜合誤差：
。從以上計(jì)算可看出，環(huán)境溫度由20℃變化為60℃時(shí)，溫度變送器的*大誤差由0.225℃變?yōu)?.51℃，綜合誤差由0.18℃變?yōu)?.26℃。
4、環(huán)境溫度變化對(duì)智能溫度變送器精度影響分析
表2為溫度變送器的輸入選項(xiàng)和精度參數(shù)，與表1對(duì)比可看出，同樣的測(cè)溫元件傳感器，溫度變送器的精度要比溫度變送器的精度低，通過(guò)誤差計(jì)算方法，再考慮環(huán)境溫度對(duì)測(cè)溫元件傳感器和變送器的影響，其產(chǎn)生的綜合誤差將會(huì)更大。
表2 智能型溫度變送器的輸入選項(xiàng)和精度參數(shù)
環(huán)境溫度變化引起644智能型溫度變送器精度的變化見(jiàn)表3所列，當(dāng)環(huán)境溫度為60℃以上時(shí)，對(duì)于Pt100熱電阻溫度變送器和K型熱電偶溫度變送器的綜合誤差越來(lái)越大，即溫度漂移越來(lái)越嚴(yán)重。而低溫環(huán)境對(duì)Pt100熱電阻溫度變送器和K型熱電偶溫度變送器的影響相對(duì)較小。
表3;環(huán)境溫度變化引起644智能型溫度變送器精度的變化
由于熱電阻和熱電偶的精度穩(wěn)定性的時(shí)間是不同的，熱電阻的精度穩(wěn)定性時(shí)間要比熱電偶的精度穩(wěn)定性時(shí)間長(zhǎng)一倍，也就是說(shuō)使用熱電阻測(cè)溫傳感器比使用熱電偶測(cè)溫傳感器的穩(wěn)定性要好。644溫度變送器使用說(shuō)明書(shū)也明確要求，為保持優(yōu)異的測(cè)量精度，在超出工廠(chǎng)環(huán)境溫度范圍時(shí)每臺(tái)溫度變送器都要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。
另外，對(duì)4-20mA+HART型智能溫度變送器而言，對(duì)于基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器，由于沒(méi)有變送器數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊精度的影響，即沒(méi)有b和d項(xiàng)產(chǎn)生的誤差，所以環(huán)境溫度對(duì)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器的影響要小很多。
在選用溫度變送器時(shí)，根據(jù)什么來(lái)判斷環(huán)境溫度是否極其惡劣呢？如何判斷環(huán)境溫度會(huì)超過(guò)60℃呢？?jī)x表設(shè)計(jì)人員難予定義，而工藝設(shè)計(jì)人員也很難說(shuō)清楚。什么情況下選用溫度變送器，什么情況下不適合選用溫度變送器似乎有很多不確定因素。而實(shí)際生產(chǎn)裝置中，還有很多因素會(huì)導(dǎo)致儀表的測(cè)量誤差下降，此處不再贅述。
鑒于以上原因，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度較高或采用熱電偶測(cè)溫元件傳感器時(shí)，如果不確定其使用的環(huán)境溫度是否會(huì)超過(guò)60℃，需慎用溫度變送器，可通過(guò)使用分體式溫度變送器或?qū)к壥桨惭b的溫度變送器來(lái)滿(mǎn)足所需的要求。