差壓變送器廣泛應用于電力、化工和醫藥等行業中，這些儀表往往涉及到工業安全和貿易結算等，因此，客觀科學的評價它們的性能，確保計量性能的準確性和可靠性是非常重要的。由于受限于標準器的性能等諸多因素，目前針對差壓變送器的計量仍是按照表壓的形式進行，即在高壓端(H端)施加壓力，低壓端(L端)通大氣，以大氣壓作為參考靜壓來測量；在某些情況下，通過從低壓端輸入正壓(高壓端通大氣)來模擬負壓測量。而實際使用工況為高壓端和低壓端同時施加不同的壓力值，在不同靜壓下輸出差壓值。由于傳統的表壓測量模式無法反映出差壓變送器的真實工況，也就不能反映差壓變送器的真實性能。因此昌暉儀表利用DH.B249T型高靜壓差壓活塞式壓力計對選取的三家企業生產的差壓變送器進行了一系列的試驗，分析在不同靜壓條件下差壓變送器的輸出特征曲線變化。
1、差壓變送器的穩定性試驗
試驗所選取的差壓變送器的信息如表1所示。為了確定差壓變送器自身的穩定性對試驗結果的影響，對所選取的差壓變送器的零點長期穩定性和不同靜壓下零點穩定性分別進行了試驗。試驗數據均通過變送器顯示屏直接讀取壓力值以盡可能減小標準器對變送器輸出的影響。
表1差壓變送器信息
代號 差壓變送器型號 差壓范圍/kPa 最大工作壓力/MPa 準確度等級
A 昌暉YR-ER101 0-50 16 0.075級
B 富士FKCS36V5 0-500 16 0.065級
C 國產JK3351 0-250 10 0.5級
①零點長期穩定性
對單晶硅差壓變送器A和硅微電容差壓變送器B兩臺差壓變送器在大氣壓條件下進行超過1周的零點穩定性試驗，試驗結果如圖1所示。
圖1 差壓變送器A、B零點長期穩定性
結果表明：單晶硅變送器A差壓測量范圍0～50kPa，零點漂移小于0.008%FS；硅微電容變送器B差壓測量范圍0-500kPa，零點漂移小于0.01%FS，均符合試驗要求。
②差壓變送器在不同靜壓下的零點穩定性
在不同的靜壓0、3、6、9、12MPa條件下對樣品的零點進行了靜壓試驗。每組分別進行2次升壓和2次降壓試驗，測量連續進行。單晶硅差壓變送器A和硅微電容差壓變送器B試驗結果分別如圖2和圖3所示。
圖2 單晶硅差壓變送器A不同靜壓下零點穩定性
圖3 硅微電容差壓變送器B不同靜壓下零點穩定性
結果表明：靜壓對零點輸出的影響趨勢是相同的，即隨著靜壓的增大，影響量也逐漸增加，并且特征曲線逐漸向負誤差方向偏離。這應是差壓變送器的典型特征。變送器A在12MPa靜壓下零漂不大于0.015%FS；變送器B在12MPa靜壓下零漂不大于0.03%FS；變送器C由于顯示的分辨率只有0.1kPa，未能發現明顯的零漂。
2、不同靜壓下的差壓變送器的特性
對所選取的差壓變送器，分別測量在靜壓0、3、6、9、12MPa條件下的差壓輸出值，并評定不同靜壓對差壓輸出值的誤差影響。
①昌暉YR-ER101單晶硅差壓變送器A
圖4是昌暉單晶硅差壓變送器A在靜壓0-12MPa的5次測量的平均值。可以看出，靜壓6MPa時曲線開始向下彎曲，即隨著靜壓的增加誤差在逐漸負向變大。靜壓12MPa時，特征曲線向下彎曲最明顯，在50kPa時差壓變送器的測量結果已經超出最大允許誤差。
圖4 單晶硅差壓變送器A不同靜壓下輸出特性
②富士FKCS36V5硅微電容差壓變送器B
差壓變送器B差壓測量范圍是0-500kPa。結果如圖5顯示，隨著靜壓的增大，特征曲線向誤差負向彎曲明顯。只有在靜壓為0MPa時，測量誤差在企業提供的允許誤差范圍內，當靜壓12MPa時誤差已經大于0.25％FS，達到了最大允許誤差的4倍。這種結果是測量標準和變送器特性共同引起的。
圖5 差壓變送器B不同靜壓下輸出特性
③國產電容式差壓變送器C
國產電容式差壓變送器C差壓測量范圍是0-250kPa，試驗結果見圖6。
圖6 電容式差壓變送器C不同靜壓下輸出特性
特性曲線與前面的幾組類似。其中在靜壓9MPa時的測量誤差已經超出了企業給出的準確度要求(注：以上差壓變送器均未得到企業關于高靜壓條件下的特征曲線允許變化的信息，這里只按照實際測量結果進行分析)。
對不同靜壓條件下多型差壓變送器的輸出特征曲線進行了測量，實驗表明所有差壓變送器都受到靜壓的影響，如果在靜壓影響下零點出現漂移，表明特征曲線也將改變，靜壓對差壓變送器特征曲線的影響表現出相同的作用，隨著靜壓的增大，差壓變送器的輸出特征曲線明顯的向誤差負向彎曲，甚至個別差壓變送器在最大試驗靜壓時已經超出其最大允許誤差。相關結論對差壓變送器的生產、檢測與應用都有著重要的參考意義，需要給予足夠的重視。建議有條件的計量機構增加差壓變送器的選型進行試驗，以得到更加全面的試驗數據進行有效的分析，為差壓變送器的計量標準提供可靠的技術依據。
作者：張強、何亞洲、彭剛、Malte Kloefkorn
