EJA智能變送器在鍋爐汽包水位測量中的應(yīng)用

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1、EJA智能變送器在鍋爐汽包水位測量中的應(yīng)用高天云圖1圖2高天云先生，華東電力試驗(yàn)研究院高級工程師。關(guān)鍵詞：?差壓變送器　汽包水位　測量　諧振梁　低差壓　　上海某電廠4臺300MW機(jī)組的鍋爐汽包水位測量原采用某外國公司生產(chǎn)的智能型電容式差壓變送器，由于差壓變送器長期工作在高靜壓低壓差環(huán)境下，自機(jī)組投產(chǎn)以來，一直存在著汽包水位測量穩(wěn)定性差、準(zhǔn)確度低、調(diào)前合格率低等問題，主要表現(xiàn)為零點(diǎn)漂移、溫度漂移及環(huán)境溫度干擾，尤其是當(dāng)變送器的信號漂移是一個(gè)漸變過程時(shí)，在超出限值前信號漂移既很難發(fā)覺，又不太容易引起運(yùn)行人員的注意，而一旦信號漂移累計(jì)到一定程度，不僅導(dǎo)致鍋爐汽包水位測量的精確度降低，嚴(yán)重時(shí)

2、會(huì)引起鍋爐的不安全事故發(fā)生。　　2001年，電廠熱控專業(yè)經(jīng)過調(diào)研及多方面的比較，最終選定EJA智能型差壓變送器(簡稱EJA)用于鍋爐汽包水位的測量，替代原使用的智能型電容式差壓變送器。經(jīng)過近3年的使用，效果非常理想，解決了長期來鍋爐汽包水位測量中存在的許多疑難問題。一?EJA組成及工作原理　　EJA是日本橫河公司1994年研制開發(fā)的，采用單晶硅諧振式傳感器，直接輸出頻率信號，實(shí)現(xiàn)了傳感器自身就可以消除機(jī)械電氣干擾、環(huán)境溫濕度變化、靜壓與過壓等影響。因此，具有優(yōu)良的溫度影響特性、靜壓影響特性、單向過壓特性以及精確度高、量程比寬、可靠性和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。其原理框圖如圖1所示。1.?膜盒組

3、件　　它由單晶硅諧振式傳感器和特性修正存儲(chǔ)器組成?！　?1)單晶硅諧振傳感器　　在一單晶硅芯片上采用微電子機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)，分別在其表面的中心和邊緣制成兩個(gè)形狀、大小完全一致的H型諧振梁，且處于微型真空腔中，使其既不與充灌液接觸，又確保振動(dòng)時(shí)不受空氣阻尼的影響。硅諧振梁處于由永久磁鐵提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一正反饋回路，讓諧振梁在回路中產(chǎn)生振蕩?！　‘?dāng)單晶硅片的上下表面受到壓力并形成壓力差時(shí)，硅片將產(chǎn)生變形，中心處受到壓縮力，邊緣處受到張力，因而使兩個(gè)H型諧振梁分別感受到不同應(yīng)變作用，其結(jié)果是中心諧振梁因受壓縮力而頻率減少，邊緣諧振梁因受到張力而頻率增加，兩個(gè)頻率

4、之差對應(yīng)不同的壓力信號。　　(2)特性修正存儲(chǔ)器　　內(nèi)置的特性修正存儲(chǔ)器存儲(chǔ)傳感器的環(huán)境溫度、靜壓及輸入/輸出特性的修正數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU運(yùn)算，可使變送器獲得良好的溫度特性、靜壓特性及輸入/輸出特性。2.?智能電器轉(zhuǎn)換部件　　由單晶硅諧振式傳感器上的兩個(gè)H形的振動(dòng)梁分別將壓力或差壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號送到計(jì)數(shù)器，再將兩頻率之差直接傳遞到CPU(微處理器)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為與輸入信號相對應(yīng)的4～20mADC輸出信號，并在模擬信號上疊加一個(gè)BRAIN/HART數(shù)字信號進(jìn)行通信。通過I/O口與外部設(shè)備(如手持智能終端以及DCS中的帶通信功能的I/O卡)以數(shù)字通信方式傳遞數(shù)據(jù)，即高頻2.

5、4kHz(BRAIN協(xié)議)或1.2kHz(HART協(xié)議)數(shù)字信號疊加在4～20mADC的信號上。在進(jìn)行通信時(shí)，頻率信號對4～20mADC的信號不產(chǎn)生任何擾動(dòng)影響。二?應(yīng)用情況　　由于鍋爐汽包水位測量環(huán)境溫度變化較大，因此電容式差壓變送器需要熱控人員定期進(jìn)行調(diào)整來消除溫度變化對變送器特性的影響，增加了日常維護(hù)保養(yǎng)工作量，且數(shù)據(jù)誤差較大。而EJA采用了對稱式單晶硅傳感器，兩個(gè)諧振梁的頻率差對應(yīng)不同差壓或壓力信號。如果環(huán)境溫度變化，諧振梁的振蕩頻率也發(fā)生相應(yīng)變化，在相同狀態(tài)下，兩個(gè)諧振梁頻率變化的方向及幅度是相同的。因此，計(jì)算兩個(gè)諧振梁頻率差時(shí)，該變化量相互抵消，從而消除了溫度變化的影響。

6、　　變送器的壓力取樣管路，由于水質(zhì)不好，經(jīng)常會(huì)造成堵塞，而且管路密封點(diǎn)多，滲漏的可能性增大，從而造成變送器單向過壓，會(huì)使變送器造成零點(diǎn)飄移，嚴(yán)重的還可能造成變送器的損壞。對于EJA，當(dāng)有單向壓力作用時(shí)，接液膜片內(nèi)側(cè)的硅油向中心膜片移動(dòng)，硅油傳遞壓力到硅諧振傳感器，當(dāng)壓力增大到某一數(shù)值時(shí)，接液膜片與本體完全接觸、貼合在一起，此時(shí)外部壓力無論如何增加，硅油的壓力不會(huì)增加。因此，硅諧振傳感器受到一定壓力后，就不會(huì)受到更大壓力，有很好的自我保護(hù)能力；即使受到一定力的作用，由于單晶硅材料的恢復(fù)性能特別好，也能完全恢復(fù)而無誤差?！　JA的膜盒受高靜壓后，零點(diǎn)幾乎無變化，具有很好的靜壓特性。而原

7、變送器受靜壓后會(huì)引起全量程位移，給調(diào)校工作增加難度，同時(shí)也降低了數(shù)據(jù)的精確度。EJA加有高靜壓(工作壓力)時(shí)，由于兩個(gè)諧振梁的形狀、尺寸完全一致，且處于同一表面，故頻率的變化量(減少)是一樣的。它們之間相互抵消，輸出頻率差是不變的。所以，如果給導(dǎo)壓管內(nèi)充滿液體，在不加過程壓力的狀態(tài)下，可以進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整?！　∮捎贓JA使用的是單晶硅諧振式傳感器，其本身性能優(yōu)良，很多影響精確度的因素在其內(nèi)部相互抵消，同時(shí)內(nèi)存儲(chǔ)器中的各種補(bǔ)償及修正數(shù)據(jù)通過CPU對各種影響因素進(jìn)