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實(shí)現(xiàn)精度可靠性級(jí)噪音的溫度通信

從溫度傳感器到控制室的通信應(yīng)設(shè)計(jì)為提供的可訪問(wèn)性、靈活性、可靠性和準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)上被認(rèn)為是的解決方案會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果和隱性成本。在這里，我們看看智能變送器和無(wú)線通信的出現(xiàn)如何為更好的通信、更低的安裝和生命周期成本以及過(guò)程性能改進(jìn)打開(kāi)了大門。

與過(guò)程工廠中傳感器數(shù)量相匹敵或超過(guò)流量的見(jiàn)過(guò)程測(cè)量是溫度。蒸餾塔可能有四個(gè)或更多的溫度傳感器來(lái)尋找的溫度控制塔板，而流化床反應(yīng)器可能會(huì)選擇 10 個(gè)或更多溫度傳感器中的一個(gè)來(lái)處理熱點(diǎn)。過(guò)去，的硬件用于將溫度傳送到控制室，而沒(méi)有意識(shí)到對(duì)測(cè)量精度、噪聲和可靠性的影響。

事實(shí)上，早期的分布式控制系統(tǒng) (DCS) 通過(guò)將熱電偶 (TC) 直接連接到可以處理 16 或 32 個(gè)輸入的 DCS TC 輸入卡來(lái)消除溫度變送器的成本，這在一定程度上是合理的。由于 12 位寬范圍輸入卡和 10 o 的偏移，在引入 0.35 o F 的步長(zhǎng)（模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器噪聲）方面的結(jié)果是災(zāi)難性的F 或更多由于傳感器和引線錯(cuò)誤的差異。來(lái)自電磁干擾的噪聲很普遍。無(wú)法再使用微分動(dòng)作，必須降低 PID 增益。色譜柱和反應(yīng)器溫度誤差以及由此產(chǎn)生的成分誤差導(dǎo)致工藝性能不佳和產(chǎn)品不合格。在許多情況下，調(diào)整溫度設(shè)定點(diǎn)以補(bǔ)償誤差，并添加信號(hào)濾波器以減少增加總環(huán)路死區(qū)時(shí)間的噪聲。

信號(hào)傳輸
為了對(duì)控制、安全或監(jiān)控應(yīng)用有用，溫度測(cè)量信號(hào)必須從測(cè)量點(diǎn)傳送到過(guò)程的控制系統(tǒng)。見(jiàn)的兩種方式是：

●變送器– 傳感器與變送器連接很短的距離或直接連接到變送器，在那里其信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字、4-20 mA 或無(wú)線信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸出然后通過(guò)傳輸線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到控制系統(tǒng)。
●直接連線– 傳感器的導(dǎo)線連接到控制系統(tǒng)的整個(gè)距離。沿途不發(fā)生信號(hào)轉(zhuǎn)換。
使用溫度變送器而不是直接連接到控制系統(tǒng)的熱電偶和 RTD 輸入卡的好處是：

●提供更穩(wěn)健的信號(hào)——來(lái)自變送器的 4-20 mA 或數(shù)字信號(hào)輸出比直接連線的傳感器信號(hào)更穩(wěn)健。噪聲干擾對(duì) 4–20 mA 或數(shù)字信號(hào)的影響較小。
●測(cè)量精度是的– 變送器提供比直接布線更高的測(cè)量精度。例如，傳感器可以與變送器匹配（變送器傳感器匹配），從而提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。溫度跨度可以縮小以匹配過(guò)程操作范圍（對(duì)于具有 12 位輸入卡的舊 DCS 來(lái)說(shuō)意義重大）。
●更低的安裝和維護(hù)成本 -變送器安裝通常比直接連接傳感器便宜，因?yàn)榭梢怨?jié)省布線成本和安裝（傳感器線，尤其是 TC 線相對(duì)昂貴）。此外，通過(guò)增強(qiáng)變送器的功能和診斷能力，強(qiáng)大的信號(hào)和準(zhǔn)確的測(cè)量可以節(jié)省時(shí)間和金錢。
●更好的過(guò)程性能——更高的準(zhǔn)確性和可靠性以及更低的噪音減少了過(guò)程可變性并增加了生產(chǎn)時(shí)間。
建議使用變送器代替 TC 或 RTD 輸入卡，通過(guò)將校準(zhǔn)和非線性補(bǔ)償與傳感器相匹配、縮小量程、降低噪聲和提供診斷來(lái)大大提高精度和可維護(hù)性。

數(shù)字通信的使用允許使用單個(gè)變送器進(jìn)行多個(gè)溫度測(cè)量并將這些測(cè)量返回到控制系統(tǒng)的額外靈活性。有一些溫度設(shè)備專為利用此功能而設(shè)計(jì)，提供測(cè)量四個(gè)、八個(gè)或可能更多個(gè)單獨(dú)溫度的能力。見(jiàn)的通信技術(shù)是 HART®（包括 WirelessHART™）等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

WirelessHART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器）網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性和易于設(shè)置，加上新通信規(guī)則和PID增強(qiáng)帶來(lái)的電池壽命延長(zhǎng)，使無(wú)線通信成為一個(gè)很好的選擇。大多數(shù)過(guò)程中的溫度變化非常緩慢，刷新時(shí)間可以設(shè)置為比其他類型的循環(huán)更長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)電池壽命。此外，與其他回路相比，溫度回路中的噪聲幅度和周期通常非常小，除非存在兩相（例如，液體和氣體）或混合不良（例如，均勻性差——由于攪拌不足導(dǎo)致可變性增加），從而減少了數(shù)量由噪音觸發(fā)的異常更新，這也延長(zhǎng)了電池壽命。

技術(shù)的溫度通信可以降低安裝成本并減少錯(cuò)誤和噪音。智能變送器的出現(xiàn)使得將變送器直接安裝在熱電偶套管上更具吸引力。一體式安裝與無(wú)線選項(xiàng)的結(jié)合為過(guò)程性能改進(jìn)創(chuàng)造了的機(jī)會(huì)。這篇文章提供了一些一般指導(dǎo)。有關(guān)更多詳細(xì)信息，包括用于預(yù)測(cè)八個(gè)測(cè)量誤差源的方程式，請(qǐng)參閱 Greg McMillan 的 ISA 書(shū)籍高級(jí)溫度測(cè)量和控制，第二版。

現(xiàn)場(chǎng)安裝變送器
現(xiàn)場(chǎng)安裝式變送器是所有變送器類型中的。其堅(jiān)固的外殼可防止腐蝕和潮濕。一些現(xiàn)場(chǎng)安裝變送器將電子元件安裝在雙室外殼中，這將它們與濕度的影響隔離開(kāi)來(lái)。雙室變送器是在惡劣環(huán)境中使用的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)安裝變送器可以整體安裝或遠(yuǎn)程安裝。

在整體安裝中，變送器通過(guò)螺紋管接頭和管接頭直接安裝在熱電偶套管上，以便輕松拆卸傳感器。由于當(dāng)今的智能變送器極其可靠且具有極低的漂移率，從而將校準(zhǔn)間隔縮短至 5 年以上，因此可以遠(yuǎn)程查看診斷，并且可以遠(yuǎn)程完成校準(zhǔn)，因此大大減少了將變送器置于地面的需求。變送器的整體安裝降低了安裝成本并消除了由引線和附加終端引入的錯(cuò)誤和噪聲。

●一體式安裝– 變送器直接擰到傳感器上（直接安裝到美式 [1/2 英寸 NPT] 傳感器上，使用管接頭）。
●遠(yuǎn)程安裝- 變送器安裝在傳感器附近的管架或其他支架上。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)不可接近或過(guò)程環(huán)境過(guò)于惡劣以至于變送器無(wú)法直接安裝在傳感器頂部時(shí)，遠(yuǎn)程安裝。
在可及性和溫度允許的情況下，智能變送器的整體安裝提高了測(cè)量精度和可靠性。

一體式安裝和無(wú)線變送器的使用提供了靈活性和便攜性，可用于監(jiān)控單元操作效率，并以最少的過(guò)程死區(qū)時(shí)間找到代表性和的測(cè)量位置。只要有管道連接或設(shè)備噴嘴，以及到 Gateway 設(shè)備接入點(diǎn)或附近用于設(shè)備跳躍的無(wú)線變送器的視線，都可以在測(cè)試基礎(chǔ)上安裝帶有無(wú)線變送器的傳感器，并探索和量化好處?？梢詫?duì)數(shù)據(jù)分析、設(shè)備監(jiān)控和單元操作控制方面的改進(jìn)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，并記錄“之前”和“之后”案例。

無(wú)線變送器的集成安裝為在線過(guò)程和設(shè)備性能指標(biāo)以及測(cè)量位置的優(yōu)化提供了靈活性和便攜性。

頭戴式變送器
頭戴式變送器是小型的圓盤形變送器。它們通常安裝在保護(hù)外殼中——用于直接安裝的連接頭或用于遠(yuǎn)程安裝的接線盒。

軌道式變送器
導(dǎo)軌安裝式變送器設(shè)計(jì)為連接到 DIN 導(dǎo)軌（G 導(dǎo)軌或頂帽導(dǎo)軌）或直接擰到墻上。導(dǎo)軌安裝式變送器還設(shè)計(jì)為緊湊型安裝，允許將多個(gè)變送器非常緊密地安裝在一起。

直接接線
如前所述，直接接線是指將傳感器的引線接線回控制系統(tǒng)。由于傳感器的引線（和原始信號(hào)）從測(cè)量點(diǎn)到控制系統(tǒng)的整個(gè)距離都經(jīng)過(guò)，因此必須注意避免兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

●噪音– TC 對(duì)噪音干擾特別敏感，延長(zhǎng)線必須圍繞發(fā)電機(jī)和電機(jī)等源布線。
●熱源——環(huán)境溫度的巨大變化會(huì)影響傳感器的信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
●引線電阻——RTD溫度傳感器 引線的總電阻和RTD溫度傳感器 引線的電阻差會(huì)影響RTD溫度傳感器 精度。3 線制變送器輸入可以補(bǔ)償總引線電阻。4 線變送器輸入可以補(bǔ)償引線電阻的差異。
使用現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行對(duì)過(guò)程分析和控制很重要的所有溫度測(cè)量。如果不受可接近性或溫度的限制，變送器應(yīng)整體安裝在熱電偶套管上，使用管接頭，以提高傳感器的可拆卸性。考慮找到測(cè)量位置的可能性，并探索和原型設(shè)計(jì)附加溫度測(cè)量的潛在好處，以通過(guò)使用便攜式無(wú)線一體式安裝變送器來(lái)提高過(guò)程性能。

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