HART 智能压力变送器检测方法的研究★

钟 华

（娄底市计量测试检定所， 湖南 娄底 417000）

引言

压力变送器是工业过程检测和控制的基础仪器之一。随着DCS 系统在企业的广泛应用，压力变送器发展趋势是数字化、智能化、高精度和高适应性[1]。相比常规变送器，智能变送器具有更强的功能、更好的性能，最常见的一类智能变送器是采用HART 通讯协议。HART 全称为Highway Addressable Remote Transducer，意思是“高速链路可寻址远程变换器”，HART 协议现场仪表在原有的4～20 mA 工业标准信号上叠加数字信号，在不中断过程信号的情况下，在同一模拟回路上同时实现通信，给操作使用带来了极大方便。正因为如此，HART 智能变送器的检测工作也会比普通变送器多了一步调整工作。

1 HART 智能变送器的工作原理

HART 智能变送器除了纯机械和电路之外，还有微处理器对数据进行运算操作。如图1 所示，HART 智能变送器可以分为三个部分，每一个部分都可以单独进行测试和调整。

第一个方框为变送器的输入块。变送器对物理量PV（如温度、压力或流量）进行测量，并根据厂家的数值表或某种形式的方程将其转化为数字信号，第一方框的输出就是过程变量的数值（PV）。

第二个方框为变送器的转换块。转换块是将过程量按照严格的数学关系转换为毫安表示，可由变送器的量程值（零点和满度值）结合转换函数计算得到。转换函数中线性转换函数最常见，但在压力变送器中，往往还提供方根转换关系，某些特殊的变送器还可能实现一些常见的数学公式转换或者用户自定义数值映射表。第二个方框的输出是变送器输出回路电流值的一个数值（PVAO）。

第三个方框是变送器的输出块。输出块是将第二个方框计算出的输出数值（PVAO）利用D/A 转换器产生实际的4～20 mA模拟电流输出。在此过程中，微处理器必须依靠一些内部校准因素来得到正确的输出。

2 压力控制器的HART 自动调整模式

HART 智能压力变送器的传统调整方法需要配置压力标准器、直流电流表、HART 手操器、250 Ω电阻等，连接过程比较繁琐，标准器和手操器直接不能自动交互，数据都需要人工读取并录入，效率低，且存在人为误差的隐患。

智能压力控制器的自动调整模式，解决了上述问题，从软件层面实现了标准器和手操器功能的自动交互，大幅提高工作效率，其特点如下：

针对不同变送器产品HART 功能菜单位置不一致的情况，该模式将检测用指令统一提取出来，并重新分类，放置在统一的位置，形成不同的变送器均为一致的操作菜单的方式，操作更便捷，免除HART 设备多样性带来的功能反复查找的烦恼。

不同生产企业的HART 设备，均转换为全中文触控式操作，界面更友好。具有便利、高效、自动化的交互操作，一键完成调整，协助工作人员轻松完成日常维护工作。

压力控制器的HART 功能具有强大的兼容性，可使用U 盘或网络即可完成升级，支持常见及最新的HART 智能压力变送器。

3 HART 智能压力变送器的调整工作

HART 智能压力变送器在检测之前需要对输入块和输出块进行调整，我们将PV 值的调整称为传感器调整；将PVAO 值的调整称为电流输出调整。下面我们介绍一下使用压力控制器对压力变送器进行调整。首先将压力变送器与压力控制器进行连接，进入压力控制器的HART 应用界面进行搜索设备，成功后便可以进行调整工作[2]。

电流调整的主要内容如下：通过调整变送器的电流输出环节的比例系数，使变送器的AO 数值同实际输出的环路电流一致；提供零点（4 mA）和满度点（20 mA）的调整：进入调整点时自动设置变送器为零点或满度点输出；可以使用数字键盘输入环路电流测量值，输入范围为4～20 mA，或按“获取”键直接将当前测量值写入数字键盘。确认后将按照数字键盘上的数值对零点或满度点进行调整。

传感器调整的主要内容如下：通过调整变送器的PV 值，使变送器的PV 值同实际输出的压力值一致；提供低端（PV 量程下限）和高端（PV 量程上限）调整：进入调整点时自动设置控制器输出PV 量程下限或上限的压力值，也可以点击控制器输出值图标，在弹出的窗口里改变输出压力值；可以使用数字键盘输入压力测量值，或按“获取”键直接将当前测量值写入数字键盘；确认后将按照数字键盘上的数值对PV 值进行调整[3]。

用于变送器的温度补偿的主要内容如下：常温下读取零位数据，先不加压，待温度、压力稳定后，在软件界面上填零取位值；常温下读取满量程数据，升至传感器满量程压力，在软件界面上填取正量程值；升温至需要温度，先不加压，待温度、压力稳定后，在软件界面上填高温零取位值；升至传感器满量程压力，重复步骤2，在软件界面上填取高温正量程值；将温度调至低温，重复步骤3 相同操作；三组温度数据界面上填好后，点“温度补偿”按钮，完成变送器的温度补偿。倘若无低温设备，无法完成上述低温补偿，可在取好高温和常温数据后点“计算低温”按钮，软件将会根据高温和常温数据，按高温和常温变化量的1/2 线性变化推出低温数据[4-5]。

在HART 功能诊断界面可以完成电流环测试、压力清零、电流调整和传感器调整。以调整一个0～1.6 MPa 的HART 智能压力变送器的零点为例，选择电流调整的零点调整，自动获取实际环路电流值4.009 2，点击确认即可完成调整工作，如图2 所示。其他调整项目也可以利用类似的方法轻松完成工作。操作成功后一定要返回查看是否修改成功，有的变送器在调整一次后仍然会存在偏差，我们可以采取二次调整的方法来达到理想的状态。

4 HART 智能压力变送器的检定工作

4.1 压力变送器的检定

调整完成后的压力变送器就可以按照压力变送器检定规程的要求进行检定。首先我们根据压力变送器的量程选择合适的压力标准模块，然后将压力变送器安装在压力连接台上，将变送器输出正负极分别接在压力控制器的24 V 插孔和电流测量插孔中，如图3 所示。准备工作完毕后，利用上位机软件新建一个压力变送器检定程序，输入压力变送器的量程、准确度等基本参数，上位机软件通过控制指令控制压力控制器平稳地输出压力信号到各检定点，读取并记录压力变送器的电流信号输出直至上限；然后反方向平稳改变压力信号到各检定点，读取并记录输出值直至下限，如此完成一个循环。

4.2 检定数据的处理

通过上位机软件可以方便地对压力变送器的检定数据进行计算，并自动生成检定记录和检定证书。以一台0.1 级0～1.6 MPa 的ROSEMOUNT 压力变送器为例，检定数据自动记录到软件后，通过软件计算功能轻松完成压力变送器示值误差和回程误差的计算，各超差点会自动标识，最终判断检定结果，如下页表1 所示。表1 中：示值误差的最大允许值：±0.016 mA；实测值：-0.010 mA；回程误差的最大允许值：0.016 mA；实测值为0.013 mA；绝缘电阻：合格；绝缘强度：合格；外观合格。

表1 压力变送器检定记录

4.3 检定过程中需要注意的事项

目前智能压力变送器的准确度越来越高，最高准确度已达0.05 级，一些错误的操作很容易引起检定结果超差。在选择性能指标优异的压力控制器检定高精度压力变送器时，需要注意以下几点：

1）准确度等级满足规程要求，压力控制器综合不确定度满足被检压力变送器的1/3 或1/4 的要求。

2）环境温度对高精度压力变送器的检定数据也会造成较大的影响，因此要求被检变送器送达实验室后必须在检定条件下放置2 h，达到温度平衡后再进行检定。实验室环境温度也应保持在规程允许的范围内。

3）将压力控制器的控制稳定性指标设定在一个较高的值，如压力稳定条件设置为0.003%FS。

4）超调量尽量小，可适当调低控制器控压速度，保证检定过程中升压和降压过程平稳，准确记录检定数据。

5）在检定一些较大体积的压力变送器时，需要使用压力连接管，应尽量保证标准器的感压点高度和被检压力变送器感压点在同一水平面上，否则就需要对液柱进行修正，此时要注意修正值的正负，错误的修正会引入更大的误差。

6）部分变送器存在阻尼设置，读数时需要先将压力变送器的阻尼调整为零，或等待压力变送器稳定后再进行数据采集。

5 结语

这种HART 智能压力变送器检测方法的应用，无论在准确度还是自动化程度方面都是传统方法不可比拟的。该方法只需一套设备就解决了HART 智能压力变送器所有的检测问题，无需任何其他辅助设备。基于压力控制器和上位机压力自动检定系统的的检测方法不仅完全满检定规程的要求，而且可以自动记录和处理检测数据，大大缩短检测时间，特别适合于实验室周期性、大批量的HART 智能压力变送器的检测工作。