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1.歷史回顧
壓力、差壓變送器是自動(dòng)化儀表中最重要的一類(lèi)，應(yīng)用范圍很廣，除了可用于壓力、差壓測(cè)量之外，還可用于流量、液位、比重等其它參數(shù)的測(cè)量。它的銷(xiāo)售量非常大，據(jù)介紹，僅橫河川儀公司2004年的銷(xiāo)售量就達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)，而美國(guó)羅斯蒙特（Rosemount，艾默生過(guò)程管理的子公司）公司1151型和3051型年產(chǎn)量達(dá)到43萬(wàn)臺(tái)，35年來(lái)的總產(chǎn)量超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)。而日本橫河(Yokogawa)公司自1991年推出EJA壓力、差壓變送器以來(lái)，總產(chǎn)量超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)。
上世紀(jì)六十年代至七十年代末期，我們通常使用的是國(guó)產(chǎn)力平衡式電動(dòng)II型、III型變送器，精確度很低，性能也不穩(wěn)定，故障率較高。八十年代初期，西安儀表廠與美國(guó)羅斯蒙特公司合作，在西儀生產(chǎn)1151系列變送器，從而開(kāi)創(chuàng)了國(guó)外高性能變送器快速進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的先例；隨后日本富士(Fuji)公司FC系列變送器、日本日立(HITACHI)公司EDR/EPR系列變送器也在我國(guó)上海自動(dòng)化儀表一廠、蘭煉儀表廠、大連儀表廠引進(jìn)生產(chǎn)。
而隨著國(guó)外儀器儀表公司變送器產(chǎn)品的大量涌入，我們逐步接受了包括美國(guó)霍尼威爾(Honeywell)公司、美國(guó)羅斯蒙特公司、日本橫河公司、德國(guó)E+H(Endress+Hauser)公司、美國(guó)福克斯波羅(Foxboro)公司、日本富士(Fuji)公司、日本日立公司、美國(guó)摩爾（Moore）公司、美國(guó)斯瑪(Smar)公司等生產(chǎn)的產(chǎn)品。
九十年代初期，四川儀表總廠與橫河公司合資成立重慶川儀橫河公司（后改成重慶橫河川儀公司），生產(chǎn)EJA系列變送器，同時(shí)通過(guò)川儀總廠及橫河公司在華的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)大力推銷(xiāo)，年銷(xiāo)售額快速增長(zhǎng)，其風(fēng)頭甚至蓋過(guò)羅斯蒙特公司的變送器類(lèi)產(chǎn)品。ABB公司1999年推出MV2000T智能變送器后，也采用了與羅斯蒙特公司、橫河公司幾乎相同的方式，在中國(guó)尋求合作伙伴——上海威爾泰公司，合資建立生產(chǎn)線，并已經(jīng)取得了年銷(xiāo)售數(shù)萬(wàn)臺(tái)的業(yè)績(jī)。近年來(lái)，由于跨國(guó)公司在中國(guó)變送器的銷(xiāo)售量大幅增長(zhǎng)，除了日本富士公司與浙大中控儀表公司合作生產(chǎn)CXT變送器之外，德國(guó)西門(mén)子公司、德國(guó)E+H公司、ABB公司均已在中國(guó)建立自己的變送器生產(chǎn)線。由此可見(jiàn)，在中國(guó)變送器市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)將越來(lái)越激烈。
我們接觸了這么多的變送器，細(xì)想一下，應(yīng)該可以大致按十年一代的周期將其分為模擬式、智能式、數(shù)字智能式三代產(chǎn)品。
2 第一代產(chǎn)品——模擬式變送器
我們?cè)缙谑褂玫氖菄?guó)產(chǎn)力平衡式電動(dòng)II型、III型變送器，精確度只能達(dá)到0.5%、1.0%，八十年代初期，西安儀表廠引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司代表國(guó)外七十年代初期水平的1151系列變送器，除了DR型微差壓變送器的精確度是0.5%以外，其余的大都是0.25%，這是中國(guó)人大量接觸的第一代國(guó)外變送器。其特點(diǎn)是采用4~20mA信號(hào)傳輸?shù)哪M儀表，就地顯示表頭為指針式，量程比在6：1左右，精確度為0.25~0.5%，穩(wěn)定性6個(gè)月。前面提到的日本富士公司FC系列變送器、日本日立公司EDR/EPR系列變送器也屬同一時(shí)代的產(chǎn)品。 |
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1.歷史回顧
壓力、差壓變送器是自動(dòng)化儀表中最重要的一類(lèi)，應(yīng)用范圍很廣，除了可用于壓力、差壓測(cè)量之外，還可用于流量、液位、比重等其它參數(shù)的測(cè)量。它的銷(xiāo)售量非常大，據(jù)介紹，僅橫河川儀公司2004年的銷(xiāo)售量就達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)，而美國(guó)羅斯蒙特（Rosemount，艾默生過(guò)程管理的子公司）公司1151型和3051型年產(chǎn)量達(dá)到43萬(wàn)臺(tái)，35年來(lái)的總產(chǎn)量超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)。而日本橫河(Yokogawa)公司自1991年推出EJA壓力、差壓變送器以來(lái)，總產(chǎn)量超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)。
上世紀(jì)六十年代至七十年代末期，我們通常使用的是國(guó)產(chǎn)力平衡式電動(dòng)II型、III型變送器，精確度很低，性能也不穩(wěn)定，故障率較高。八十年代初期，西安儀表廠與美國(guó)羅斯蒙特公司合作，在西儀生產(chǎn)1151系列變送器，從而開(kāi)創(chuàng)了國(guó)外高性能變送器快速進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的先例；隨后日本富士(Fuji)公司FC系列變送器、日本日立(HITACHI)公司EDR/EPR系列變送器也在我國(guó)上海自動(dòng)化儀表一廠、蘭煉儀表廠、大連儀表廠引進(jìn)生產(chǎn)。
而隨著國(guó)外儀器儀表公司變送器產(chǎn)品的大量涌入，我們逐步接受了包括美國(guó)霍尼威爾(Honeywell)公司、美國(guó)羅斯蒙特公司、日本橫河公司、德國(guó)E+H(Endress+Hauser)公司、美國(guó)福克斯波羅(Foxboro)公司、日本富士(Fuji)公司、日本日立公司、美國(guó)摩爾（Moore）公司、美國(guó)斯瑪(Smar)公司等生產(chǎn)的產(chǎn)品。
九十年代初期，四川儀表總廠與橫河公司合資成立重慶川儀橫河公司（后改成重慶橫河川儀公司），生產(chǎn)EJA系列變送器，同時(shí)通過(guò)川儀總廠及橫河公司在華的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)大力推銷(xiāo)，年銷(xiāo)售額快速增長(zhǎng)，其風(fēng)頭甚至蓋過(guò)羅斯蒙特公司的變送器類(lèi)產(chǎn)品。ABB公司1999年推出MV2000T智能變送器后，也采用了與羅斯蒙特公司、橫河公司幾乎相同的方式，在中國(guó)尋求合作伙伴——上海威爾泰公司，合資建立生產(chǎn)線，并已經(jīng)取得了年銷(xiāo)售數(shù)萬(wàn)臺(tái)的業(yè)績(jī)。近年來(lái)，由于跨國(guó)公司在中國(guó)變送器的銷(xiāo)售量大幅增長(zhǎng)，除了日本富士公司與浙大中控儀表公司合作生產(chǎn)CXT變送器之外，德國(guó)西門(mén)子公司、德國(guó)E+H公司、ABB公司均已在中國(guó)建立自己的變送器生產(chǎn)線。由此可見(jiàn)，在中國(guó)變送器市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)將越來(lái)越激烈。
我們接觸了這么多的變送器，細(xì)想一下，應(yīng)該可以大致按十年一代的周期將其分為模擬式、智能式、數(shù)字智能式三代產(chǎn)品。
2 第一代產(chǎn)品——模擬式變送器
我們?cè)缙谑褂玫氖菄?guó)產(chǎn)力平衡式電動(dòng)II型、III型變送器，精確度只能達(dá)到0.5%、1.0%，八十年代初期，西安儀表廠引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司代表國(guó)外七十年代初期水平的1151系列變送器，除了DR型微差壓變送器的精確度是0.5%以外，其余的大都是0.25%，這是中國(guó)人大量接觸的第一代國(guó)外變送器。其特點(diǎn)是采用4~20mA信號(hào)傳輸?shù)哪M儀表，就地顯示表頭為指針式，量程比在6：1左右，精確度為0.25~0.5%，穩(wěn)定性6個(gè)月。前面提到的日本富士公司FC系列變送器、日本日立公司EDR/EPR系列變送器也屬同一時(shí)代的產(chǎn)品。
圖1 羅斯蒙特公司1151系列變送器
3 第二代產(chǎn)品——智能式變送器
1983年，美國(guó)霍尼威爾公司首先推出智能式變送器——ST3000，1989年又推出第一臺(tái)全數(shù)字雙向協(xié)議的智能式變送器，其特點(diǎn)是：傳感元件采用微機(jī)械電子加工技術(shù)，安裝有測(cè)溫補(bǔ)償元件及大規(guī)模集成電路組成的電路板；提高了變送器的檢測(cè)精度和量程比；帶本公司的DE通訊協(xié)議，同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)；變送器就地顯示表由模擬指針式改進(jìn)為數(shù)字式；可用手操器或在控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程組態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或遠(yuǎn)方修改變送器組態(tài)數(shù)據(jù)。
稍后，羅斯蒙特公司1151系列變送器經(jīng)過(guò)了幾次改進(jìn)，量程比分別達(dá)到15：1、40：1、50：1，精確度分別達(dá)到0.1%、0.075%，穩(wěn)定性由6個(gè)月提高到2年，且部分產(chǎn)品帶HART協(xié)議，已實(shí)現(xiàn)模擬儀表向智能化的過(guò)渡。目前，作為羅斯蒙特公司變送器類(lèi)的中低端產(chǎn)品，1151系列變送器至今仍然暢銷(xiāo)，且銷(xiāo)售量占變送器總量的20%。
九十年代初，隨著日本橫河公司EJA變送器進(jìn)入中國(guó)（見(jiàn)圖3），o.1% （EJA-xxx）、0.075%（1998年問(wèn)世的EJA-xxxA）精確度的變送器產(chǎn)品也引起了我們的關(guān)注，它的賣(mài)點(diǎn)除了高精確度、大量程比、高穩(wěn)定性外，還有差壓變送器單向過(guò)壓可達(dá)到14MPa，可不加三閥組而直接安裝使用。
除上述變送器外，與此相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品有羅斯蒙特公司的3051C變送器、德國(guó)E+H公司的Cerabar S變送器、美國(guó)福克斯波羅公司的I/A變送器 、日本富士公司的FCX變送器、美國(guó)摩爾公司的XTC變送器、美國(guó)斯瑪公司的LD301、LD302變送器、德國(guó)西門(mén)子公司的SITRANS P DSIII、德國(guó)ABB公司的MV2000T變送器。第二代變送器量程比可達(dá)到100：1（霍尼威爾公司有的產(chǎn)品甚至達(dá)到400：1、555：1），精確度為o.1%~0.05% ，穩(wěn)定性1~5年。第二代變送器稍早期的產(chǎn)品中帶HART協(xié)議或本公司內(nèi)部協(xié)議（如霍尼威爾公司的DE協(xié)議、橫河公司的BRAIN協(xié)議、福克斯波羅公司的FoxCon協(xié)議、ABB公司的Bailey FSK協(xié)議等等），后期的產(chǎn)品已經(jīng)帶有符合現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的FF或PROFIBUS-PA協(xié)議。 |
4 第三代產(chǎn)品——數(shù)字智能式變送器進(jìn)入二十一世紀(jì)，第三代變送器又逐步走入我們的視野，其代表性的產(chǎn)品是美國(guó)羅斯蒙特公司的3051S變送器、日本橫河公司的EJX變送器、美國(guó)霍尼威爾公司的ST3000/100變送器和德國(guó)ABB公司的2600T265系列變送器。第三代變送器的突出優(yōu)點(diǎn)是：
1） 先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的采用
據(jù)羅斯蒙特公司介紹，3051S變送器在電容式測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，采用超級(jí)模塊（SuperModule）設(shè)計(jì)及先進(jìn)的土星（Satum）雙傳感器檢測(cè)技術(shù)（見(jiàn)圖4），擴(kuò)大了自診斷能力，使變送器零漂降低30%，過(guò)壓性能提高10倍；改進(jìn)了傳感膜頭制造工藝，提高了膜頭精度和靜壓性能；改進(jìn)充油工藝過(guò)程，優(yōu)化了產(chǎn)品性能；采用新的專(zhuān)用集成電路ASIC技術(shù)，使變送器線性更好，精確度更高；超級(jí)模塊與單一電路板置于全焊接真空密封的不銹鋼殼體內(nèi)，因而消除了濕氣、粉塵及其它現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境對(duì)變送器測(cè)量的影響。
圖4 羅斯蒙特公司的3051S變送器的“超級(jí)模塊”原理圖
ABB公司2600T變送器是綜合了ABB公司2000T和600T優(yōu)點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新型變送器，他采用了多傳感器的結(jié)構(gòu)，傳感器的類(lèi)型有電感式、壓電式、電容式，可根據(jù)量程和應(yīng)用來(lái)選擇最合適的傳感器。
精確度提高
它們聲稱的精確度均優(yōu)于 0.05%，如ABB公司的2600T265系列變送器為 0.04%，霍尼威爾公司的ST3000 100變送器為0.0375%，羅斯蒙特公司的3051S變送器、橫河公司的EJX變送器為0.025%。當(dāng)然，這是指結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的壓力、差壓變送器的常規(guī)量程（通常不包括遠(yuǎn)傳壓力、差壓變送器、絕對(duì)壓力變送器及壓力、差壓變送器的微壓、超高壓量程）。
部分產(chǎn)品的量程比擴(kuò)大、量程分檔更細(xì)
部分產(chǎn)品的量程比擴(kuò)大了，例如橫河公司的EJA差壓變送器L、M、H量程分別為0.5～10 kPa、1～100 kPa、5～500 kPa，量程比分別為20：1、100：1、100：1，而EJX變送器L、M、H量程分別為0.1～10 kPa、0.5～100 kPa、2.5～500 kPa，量程比分別為100：1、200：1、200：1。
還有一個(gè)細(xì)節(jié)是第三代變送器的量程分檔更細(xì)了，橫河公司EJA430A壓力變送器量程僅有兩檔：0.03~3 MPa、0.14~14 MPa，而EJX430A壓力變送器量程增加到三檔：0.0025~0.5MPa、0.0175~3.5 MPa、0.08~16MPa，不僅量程比由EJA的100：1提高到200：1，延伸了測(cè)量范圍，而且可使用戶選型時(shí)將使用量程定到更接近在最大量程的地方，從而提高變送器的使用精確度。
作者曾在多篇文章中指出不要片面宣傳大量程比，對(duì)于超過(guò)保證精確度的實(shí)際可使用量程比的場(chǎng)合（例如量程比超過(guò)20：1），由于精確度大幅降低，已經(jīng)失去使用高精確度變送器的意義。所以作者建議量程比無(wú)需太大。100：1，甚至50：1已經(jīng)足夠，但是變送器的量程分檔應(yīng)當(dāng)細(xì)。
圖5 美國(guó)霍尼威爾公司的ST3000/100數(shù)字智能式變送器
穩(wěn)定性和可靠性
穩(wěn)定性達(dá)到5年以上，如ABB公司的2600T變送器、霍尼威爾公司的ST3000/100變送器為5年，橫河公司的EJX變送器、羅斯蒙特公司的3051S變送器為10年。霍尼威爾公司的ST3000/100變送器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）達(dá)到470年，而橫河公司的EJX變送器的MTBF由EJA變送器的457年提高到1200年（幾乎是天文數(shù)字！），安全失效系數(shù)（safe failure fraction）由EJA變送器的88.7%提高到93.2%。
安全性
由于生產(chǎn)過(guò)程安全越來(lái)越受到人們重視，隨著針對(duì)制造商的安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508的更新和針對(duì)過(guò)程工業(yè)（即最終用戶）的安全標(biāo)準(zhǔn)61511的發(fā)布，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始對(duì)執(zhí)行嚴(yán)格的危害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)用經(jīng)認(rèn)證的安全儀表系統(tǒng)（SIS）感興趣。第二代變送器早期產(chǎn)品通常除了防爆安全之外未提及安全認(rèn)證，第三代變送器就重點(diǎn)提到安全性。ABB公司的2600T變送器、橫河公司的EJX變送器、羅斯蒙特公司的3051S變送器是按IEC61508經(jīng)TüV認(rèn)證，它們是符合IEC-61511（過(guò)程工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)）Safety Integrity Level（安全完善級(jí)別）SIL2（單輸入量模式）、SIL3 （雙輸入量冗余模式）標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，可滿足一些特殊領(lǐng)域的需求，這些變送器的冗余及自診斷功能能保證在工藝條件超過(guò)臨界值時(shí)的安全停機(jī)。如ABB公司的2600T帶HART協(xié)議的安全型變送器，它利用本身具有冗余特性的感應(yīng)式測(cè)量系統(tǒng)及自診斷功能執(zhí)行以下步驟：將冗余的輸入信號(hào)在微處理器中進(jìn)行比較；輸出信號(hào)反饋到微處理器進(jìn)行檢測(cè)；每隔30秒進(jìn)行一次全面的內(nèi)部診斷；在模擬輸出信號(hào)發(fā)生故障的情況下，變送器將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求自動(dòng)處于安全狀態(tài)，還可將提示信息輸出到表頭顯示或傳送到控制系統(tǒng)報(bào)警。艾默生過(guò)程管理（羅斯蒙特公司的母公司）在MICONEX2004展會(huì)上推出了最新的PlantWeb® Smart SIS 智能安全儀表管理方案，這是工業(yè)領(lǐng)域中首次將包括3051S變送器在內(nèi)的傳感器數(shù)字智能和診斷技術(shù)運(yùn)用到邏輯控制器中實(shí)施最終控制，也是首次采用整體安全回路的方式來(lái)進(jìn)行控制。在根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)具有嚴(yán)格安全要求的設(shè)備分別進(jìn)行維護(hù)時(shí)，也能同時(shí)看到所有設(shè)備的概況。安全數(shù)據(jù)和報(bào)警信息可在艾默生的DeltaV™操作界面中顯示，同時(shí)儲(chǔ)存在它的歷史記錄中，并能夠被傳送到AMS™ Suite軟件組合：智能設(shè)備管理方案（Intelligent Device Manager）軟件中進(jìn)行統(tǒng)一歸檔和管理。艾默生過(guò)程管理的總裁John Berra說(shuō)：“PlantWeb Smart SIS智能安全儀表管理方案采用數(shù)字智能技術(shù)和自動(dòng)驗(yàn)證測(cè)試技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)安全回路中的傳感器等器件進(jìn)行連續(xù)地、有針對(duì)性的診斷，以確保這些設(shè)備符合您的運(yùn)行要求。安全系統(tǒng)的可靠性減少了危險(xiǎn)的工廠巡視，同時(shí)也避免了高成本高風(fēng)險(xiǎn)的手動(dòng)測(cè)試”。
圖6 ABB公司的2600T系列中的265D差壓變送器
從另一方面說(shuō)，變送器的響應(yīng)時(shí)間由普通變送器的750mS以上減少到羅斯蒙特公司3051S變送器的100mS和橫河公司的EJX變送器的95mS，這種動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)能力特別適用于緊急停車(chē)等安全要求極嚴(yán)格的場(chǎng)合。
通訊協(xié)議更全
由于現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)公布，更多的廠家生產(chǎn)帶FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的產(chǎn)品，更多的用戶選用帶FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的產(chǎn)品。原來(lái)通訊協(xié)議較全的ABB公司，2600T變送器在4~20mA/HART、PROFIBUS-PA、FF的基礎(chǔ)上又增加了MODBUS，羅斯蒙特公司的3051S變送器在4~20mA/HART、FF的基礎(chǔ)上又增加了PROFIBUS-PA。據(jù)羅斯蒙特公司介紹：雖然目前該公司所生產(chǎn)的變送器帶有HART功能的占95%，F(xiàn)F總線功能的只占4.9%，但預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)有FF總線功能的可以占到10～20%。
一代新產(chǎn)品的推出還有一個(gè)逐步成熟的過(guò)程，而目前第三代變送器的系列還不夠完善，廠家也正在不斷推出新的量程、新的系列。例如，羅斯蒙特公司的3051S變送器2002年產(chǎn)品的精確度為0.04%、溫度影響為±（0.0009%量程上限+0.04%量程）、零點(diǎn)靜壓影響為±（0.035%量程上限/6.9MPa）,而2004年的3051S變送器產(chǎn)品的精確度為0.025%、溫度影響為±（0.0009%量程上限+0.025%量程）、零點(diǎn)靜壓影響為±（0.025%量程上限/6.9MPa）。橫河公司的EJA變送器有120A微差壓類(lèi)產(chǎn)品，量程為0.1~1kPa,而EJX變送器目前無(wú)120A微差壓類(lèi)產(chǎn)品，只是在量程110A差壓類(lèi)產(chǎn)品中有0.1~10kPa量程，但由于在這一量程保證使用精確度的量程僅為2~10kPa，所以對(duì)EJX變送器來(lái)說(shuō)，微差壓0.1~1kPa、0.3~3kPa之類(lèi)的量程仍然是不可缺少的。系列產(chǎn)品缺這些量程肯定是不完美的，作者相信廠家會(huì)很快補(bǔ)充這些量程的產(chǎn)品。
ABB公司的2600T的產(chǎn)品的量程系列既有原來(lái)MV2000T的，又有原來(lái)600T的，精確度等級(jí)也不同，區(qū)分起來(lái)有些困難，給用戶的印象是不太清晰。
雖然目前變送器的精確度優(yōu)于0.05%的廠家不多，但是近年來(lái)其余的各個(gè)廠家也在不斷的推出新產(chǎn)品，許多新產(chǎn)品的局部性能已經(jīng)達(dá)到上述要求。例如原來(lái)精確度只有0.1%的德國(guó)西門(mén)子公司、德國(guó)E+H公司、美國(guó)斯瑪公司等生產(chǎn)的變送器已推出0.075%精確度的產(chǎn)品, 德國(guó)E+H公司還同時(shí)推出PLATINUM型0.05%精確度的產(chǎn)品；原來(lái)0.075%精確度的美國(guó)福克斯波羅(Foxboro)公司已推出0.05%精確度的產(chǎn)品，而且這些公司也在推出安全型變送器的產(chǎn)品。相信在不久的將來(lái)，變送器的生產(chǎn)水平還將有大幅度的提高。
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