量程比概念.docx

方原柏先生，昆明有色冶金设计研究院教授级高级工程师、昆明仪器仪表学会副理事长兼秘书长。关键词： 变送器量程选择精确度压力及差压变送器是目前自动化仪表中最重要的一类产品，其使用非常广泛。当需要采购变送器时，应先确定所采用变送器的生产厂家及型号，然后根据使用要求确定变送器的量程。压力及差压变送器的量程选择是变送器选型中的一个重要内容，选型时应遵循量程上下可调、精确度最高、价格最低原则综合考虑。一量程上下可调原则工艺专业要求的最大压力或差压是量程选择的基础，通常按这个压力或差压值的1.52.0倍确定所选量程。上世纪6070年代末期，我们通常采用的是国产电动II型、III型变送器，其压力、差压产品系列的量程见表1、2(以广东仪表厂产品为例)。由表1、2可见，这些早期的变送器产品量程比小(为2.561)，除少数量程范围稍有交叉外(如表1中压力变送器230、240、250、2300、2400、2500)，其余量程均不交叉，所需量程在哪个量程代号范围内就必须选哪个量程，所以基本上不存在量程选择问题。这里提到一个量程比的问题，什么是量程比呢？以表1中DBY-220压力变送器为例，02.510kPa量程范围表示这台变送器压力测量满量程值(上限量程下限量程)的最大值可以设定为10kPa(例如可以设定为010kPa，如变送器带正负迁移功能，则还可以设定为-100kPa、-5+5kPa等)，满量程值的最小值可以设定为2.5kPa(例如可以设定为02.5kPa，如变送器带正负迁移功能，则还可以设定为-10 -7.5kPa、-2.50kPa、-1.5+1.0kPa、7.510kPa等)，量程范围中最大值(URL, 如本例中的10kPa)与最小值（LRL, 如本例中的2.5kPa)之比(URL：LRL, 如本例中的10kPa：2.5kPa =4)称之为量程比。上世纪80年代初，西安仪表厂引进生产的1151变送器成为国内市场的主流产品，其量程比约为61，相邻各量程间约有20%的交叉，如量程代号3、4、5的量程范围分别为01.247.46kPa、06.2237.3kPa、031.1186.4kPa，量程代号3和4之间有6.227.46kPa的交叉，量程代号4和5之间有31.137.3kPa的交叉，在这个交叉量程范围内，既可选上一量程代号，也可选下一量程代号。此时开始出现量程选择问题，但如不刻意追求，似乎不管它也可以。曾几何时，变送器的制造技术飞跃发展，产品的量程比已增大到101、 201、401、1001，甚至还有个别产品达到4001、5551，这时某一实际使用量程可能为23个量程代号覆盖，究竟选择哪一个量程代号，这可能关系到变送器实际使用的精确度、灵活性及价格，是值得我们讨论的。笔者首先建议选型时一般不要走极端，不要将变送器的使用量程定在最小量程(或非常接近最小量程)或最大量程(或非常接近最大量程)，因为在生产现场，变更量程的事经常发生，往往需要向上或向下调整量程，如果选型时已考虑了量程有上下可调的余地，如需调整量程就不至为难了。当然，如果现场条件改变只可能是单向的，如只能向下调整，则选最大量程也无妨。二精确度最高原则市场上一些中高档变送器，其精确度达到0.2%、0.1%、0.075%、0.05%甚至0.04%。既然选用了高精确度的变送器，当然希望所选用的变送器在使用时也能达到最高的使用精确度。高精确度变送器往往也具有高量程比的特点，变送器的精确度和量程比是两个独立的指标，似乎互不相关，当选定某一厂家某一量程代号的变送器时，其精确度似乎也应该是选型样本上所标明的那样。比如早期我们选用1151型变送器，除了DR型微差压变送器的精确度是0.5%以外，其余的大都是0.25%。早期的1151型变送器的量程比是61，以量程代号4为例，其量程可调范围是06.2237.3kPa，用户实际使用时，不管选用的是06.22kPa最小量程，还是037.3kPa最大量程，其精确度指标都是0.25%，这在选型样本“精确度”一栏中是特别注明的：精确度为“校准量程的0.25%，也就是说，早期变送器产品在其量程可调范围内的精确度指标是一致的。所以在我们脑子里，精确度和量程比的关系一直维持早期的概念，以为大量程比高精确度变送器的精确度在全部可调量程范围内都能达到。笔者曾就大量程比高精确度变送器的精确度与实际使用量程的关系询问过一些现场技术人员、设计人员、变送器产品的营销人员，其中绝大多数人的概念与我早期的想法是一样的。而这个概念实际上是错误的(这个错误不能怪用户，变送器的国家标准对此项指标未作规定，生产厂家也不刻意宣传)，大量程比变送器只是在一个小的量程比范围内可达到该产品宣传的高精确度指标。以MV2000T量程代号C压力变送器为例，其量程范围是0.440kPa，按产品样本介绍，它在04至040kPa之间调整量程时，精确度指标可以达到该产品样本所列精确度指标(0.075%或0.05%)，但在00.4至04kPa之间调整量程时，精确度指标就不是该产品样本所列高精确度指标，而需要按公式：(0.005最大量程/调节量程-0.05)%计算附加误差(即在原有0.075%或0.05%基础上增加这个附加误差值)。如果选其最小量程00.4kPa，按上式计算，附加误差指标是0.45%，对应0.075%或0.05%精确度产品的总误差是0.525%或0.5%，分别是原有误差的7倍或10倍！再看温度影响和温度系数，也是量程越小影响越大。高精确度变送器的量程比通常很大，但我在研究3051变送器产品样本后发现一个有趣的现象：3051变送器的精确度一般为0.075%，量程比为1001，但在3051系列产品中精确度最高的3051P参考级压力变送器精确度为0.05%，其量程比仅为101，除了其测量范围既无微压(没有小于6.22kPa的量程)、又无中高压(没有大于2460kPa的量程)外，量程比小应是其精确度高的主要原因。如上所述，对大量程比变送器来说，实际使用过程中存在两个精确度指标。如果把变送器类产品选型样本中所列精确度称之为“指标精确度”，那么我们可以把变送器实际使用时所能达到的精确度称之为“实际使用精确度”。实际使用精确度通常可依据变送器选型样本中所列与量程比有关的精确度计算公式计算，个别选型样本中没有列出保证达到指标精确度的量程比范围和超出该量程比范围时的实际使用精确度计算公式，还需向制造厂专门去函索取，选型时我们至少也应该了解所选产品保证达到指标精确度的量程比范围。我们可以看到：大量程比的变送器在某一量程比范围内指标精确度和实际使用精确度是一致的，但超过这一量程比，实际使用精确度将低于指标精确度，而且降低幅度相当大。如果您所使用的变送器也超过这一量程比，可以动手计算一下，看看变送器的实际使用精确度是多少。虽然大量程比变送器的可调量程范围很宽，但当实际使用的量程比值很大时，实际使用精确度也下降得很厉害,所以大量程比变送器的真正可使用的量程比并不大。作者提出的“实际可使用量程比”的概念，它指的就是在这个范围内，变送器指标精确度与实际使用精确度相等，超出实际可使用量程比的范围，变送器虽然仍可以使用，但其实际使用精确度将低于指标精确度，精确度降低这是用户和厂家都不希望看到的结果，所以某个生产变送器的厂家在产品样本上有这样的内容：“为使变送器性能最优，建议选择量程比101(注：该厂变送器保证达到指标精确度的量程比为101)”，而这一段话在早半年的样本上是没有的，新的样本添加了这段话，我很赞赏厂家的这一作法。而在某些资料中建议实际可使用量程比按精确度降低为指标精确度的2.5倍考虑，如变送器保证达到指标精确度的量程比为101，则实际可使用量程比约为251 401(对某些产品因保证精确度的量程比值很小，则实际可使用量程比远远低于此值)。在极限情况下，这相当于将变送器的精度降低了一档，例如0.1%精确度将降为0.25%，最新最高档的0.04%精确度将降为只能列入中高档的0.1%。作者认为太大的实际可使用量程比不合适，而且在多数情况下选太大的实际可使用量程比也无必要，因为大多数厂家的产品系列已经保证了每一量程都可选到高精度的量程代号，如您选用的实际使用量程比已大于10，这完全可选压力或差压较低一档量程代号的产品(可参见表1)。对用户来说特别应注意的是：在变送器选型时，要使变送器的工作量程在实际可使用量程比范围内，这样可使变送器的实际使用精确度等于指标精确度。否则用户花高价钱买的是高精确度变送器，而实际得到的是低价值低精确度变送器，实在是太不划算了。当然，在某些特殊情况下，如利用库存设备或在现场临时修改量程时，如果依据厂家提供的误差计算公式计算出来的误差仍能达到用户要求，为节省购买变送器的投资，此时实际量程不在实际可使用量程比范围内也应该是允许的。但如果在设计、订货时变送器的实际量程不在实际可使用量程比范围内，应该说是选型、订货有误。我在几个工厂调查时，都发现有不少变送器的实际使用量程超出了实际可使用量程比。对制造厂家来说，其产品系列覆盖全部量程应是个常识问题，但我要提出的是另一个要求：产品系列的实际可使用量程比覆盖全部量程。这也应是个常识问题，因为这样可使用户在全量程范围内得到一致的高精确度。表3列出了某公司差压变送器的实际使用量程。由表3最后一栏可见，该公司保证精确度的量程范围是连续的，因而可使用户在全量程范围内得到一致的高精确度，而且保证精确度的量程范围是前后交叉的，用户选择的余地就更大一些。遗憾的是，部分生产厂家的大量程比高精确度变送器在产品设计时就忽略了这一点，用户如果将某些厂家的实际使用量程也列出像表1一样的一张表来，有可能在最后一栏发现保证精确度的量程范围不是连续的。 前面已经谈到变送器的指标精确度和实际使用精确度、量程比和实际可使用量程比的问题，所以要想使所选变送器达到最高的使用精确度，具体选型时应注意以下几个问题：(1)所选变送器的使用量程应该在实际可使用量程比范围内，这样才能使变送器达到产品的指标精确度。某些产品因为量程系列确定不合适，无法选在实际可使用量程比范围内，此时应通过计算选择实际使用精确度最高的量程代号。(2)所选变送器的使用量程应该在该变送器使用量程范围内尽量接近其最大量程。因为变送器的很多指标是与最大量程有关，计算误差值时也是按最大量程的百分比值确定的，如零点位置影响、环境温度影响、静压影响、温度系数等。以MV2000T差压变送器选型为例，变送器的使用量程若为030kPa，则C(00.440kPa)、D(02.5250kPa)两个量程代号均可选，这两个量程代号的实际可使用量程比范围分别为440kPa、25250kPa，按理说两个量程代号均可用，但计算结果表明：温度对零点的影响值C量程代号为40Pa，而D量程代号为250Pa；静压对零点的影响C量程代号为20Pa/10MPa，而D量程代号为125Pa/10MPa，两者相差6.25倍。显然，我们应该选择的是C量程代号，因为030kPa与C量程代号的最大量程40kPa更接近，而与D量程代号的最大量程250kPa相距较远。(3)测量微压力或低压力时，很多公司的压力变送器产品系列不完整，无微压力、低压力甚至中等压力测量量程，用户无法使用压力变送器测量微压力或低压力，或虽可测量但量程不在实际可使用量程比范围内，测量精确度降低，此时只能用差压变送器来代替。如某厂家压力变送器的最小测量量程为303000kPa，但保证测量精确度的实际可使用量程为3003000kPa，因此当最大压力测量值小于300kPa(这个压力实际仍在中等压力值范围内)时，为保证测量精确度，应该选用差压变送器代替压力变送器来测量压力。(4)某些公司的产品在微压或微差压量程的精确度较低，如实际使用量程在精确度有变化的两个量程代号内，则需计算实际使用精确度才能知道究竟在那一个量程代号内其精确度最高。如EJA差压变送器120A量程为0.11kPa，精确度有0.1%、0.2%两种可选，保证精确度指标的量程比为2.5:1；110A量程为0.510kPa，精确度为0.075%，保证精确度指标的量程比为3.33:1。若实际使用0.5、1.0kPa两个量程，选用110A时，其实际使用精确度分别为0.375%、0.175%，选用120A时，两个量程的使用精确度是一样的，但根据精确度选择分别为0.1%、0.2%。由此我们可以得出一个倾向性的意见：0.5kPa量程选120A较好，其精确度选择可按需要定为0.1%或0.2%; 1.0kPa量程；按精确度最高原则依次应选120A的0.1%精确度、110A的0.075%精确度、120A的0.2%精确度，但按量程上下可调原则，则应选110A,按下面所述价格最低原则，也应是110A。三价格最低原则这里指的价格最低是说在确定厂家及具体型号后在量程选择时应遵循的原则。如上所述，某一实际使用量程可能两个量程代号都合适，按精确度最高原则通常应该选与最大量程接近的量程代号。但在个别情况下，由于这两个量程代号价格相差较大，也可以这样综合考虑：牺牲一点精确度，选用量程更大的量程代号。如MV2000T差压变送器选型时，变送器的使用量程若为0800Pa，则A(501000Pa)、B(2006000Pa)两个量程