3051智能变送器使用说明书

简   介

本公司生产的WNK3051智能变送器是一种多功能数字化仪表，在采用先进的、成熟的、可靠的电容传感器技术基础上，结合先进的单片机技术和传感器数字转换技术精心设计而成。

核心部件采用十六位单片机，其强大的功能和高速的运算能力保证了变送器的优良品质。整个的设计框架着眼于可靠性、稳定性、高精度和智能化。

具有强大的界面操作功能，数字表头可以显示压力、百分比和电流，及0～100％模拟指示，按键操作能方便地在无标准压力源的情况下完成零点迁移、量程设定、阻尼设定等基本参数的设置，极大的方便了现场调试。

对于实行上位机监控的现场，此智能软件可同时监控16台变送器，并可监控每一台变送器的压力、百分比及电流值的趋势曲线。这是此WNK3051智能变送器的独特功能之所在。

信号转换、信号采集与处理及电流输出控制采用了一体化专用集成电路（ASICS），使变送器具有稳定、可靠、抗振等特点，具有良好的互换性。

第一节  概 述

1.1 整机外形

1.2 随机附件

我公司生产的变送器随机配送以下附件，以便用户使用。

使用说明书   1 份          产品合格证  1 份

安装支架     1 副        

1.3 智能变送器工作原理

1.3.1工作原理

图1-1是智能变送器的基本工作原理电气框图。下面将叙述其工作原理和各部件的功能。

1.3.2“δ”室传感器（敏感元件）

智能变送器的核心是一个电容式压力传感器，称为“δ”室（见图1-2）。传感器是一个完全密封的组件，过程压力通过隔离膜片和灌充液硅油传到传感膜片引起位移。传感膜片和两电容极板之间的电容差由电子部件转换成4～20mA DC的二线制输出的电信号。

1.3.3 智能线路板

1) A/D转换

A/D转换电路采用16位低功耗集成电路，将解调器输出的模拟量电流转换成数字量，提供给微处理器作为输入信号。

2) 微处理器

智能变送器的微处理器控制A/D和D/A转换工作，也能完成自诊断及实现数字通讯。工作时，一个数字压力值被微处理器所处理，并作为数字存储，以确保精密的修正和工程单位的转换。此外，微处理器也能完成传感器的线性化、量程比、阻尼时间以及其它功能设定。

3) EEPROM存储器

EEPROM存储所有的组态，特性化及数字微调的参数，此存储器为非易失性的，因此即使断电，所存储的数据仍能完好保持，以随时实现智能通讯。

4) D/A转换

D/A转换将微处理器送来的经过校正的数字信号转换为4～20mA模拟信号并输出给回路。

5) 数字通讯

通过一台通讯器，对智能变送器进行测试和组态。或者通过任意支持HART通讯协议的上位系统主机完成通讯。HART协议使用工业标准的BELL202频率相移键控（FSK）技术，以1200Hz或2000Hz的数字信号叠加在4～20mA的信号上实现通讯，通讯时，频率信号对4～20mA的过程不产生任何干扰。

第二节  性能指标

2.1 技术指标

输出信号：4～20mA DC

传输形式：二线制或三线制

精度等级：0.075、0.1、0.2、0.5

线性输出：±0.1％（对于量程比为1：1），包括线性、变差、重复性的综合误差。

开方输出：在输出压力为4～100％时，为±（0.2％的标定量程＋0.05％的上限）。

年稳定性：< 0.1％FS

阻尼：0～32秒可调，可按0.1秒的时间间隔进行调整。

防爆等级：ExiaⅡcT4～cT6

2.2 使用条件

电源电压：15V～45VDC，本安防爆型必须由相应的安全栅供电（标准为24V DC，无负载可工作于12VDC）

使用温度：-20℃～＋70℃

贮藏温度：-30℃～85℃

湿度：0～100％

2.3 整机外形尺寸图

图2-1  整机外形尺寸图

第四节  安装使用

3.1 电气连接

系统接线图如图3－1所示

图3-1 电气接线图

信号端子位于电气盒的一个独立舱内。在接线时，可拧下接线侧的表盖。左边的端子是信号端子，右边的端子是测试或指示表端子（图3-1画出了端子的位置，测试端子用于接任选的指示表头或供测试，电源是通过信号线送到变送器的，无需另外的接线）。

信号线可采用双绞线效果更好。信号线不要与其它电源线一起穿金属管或放在同一线槽中，也不要靠近强电设备。在电磁干扰较严重的场合，建议使用屏蔽导线，并妥善接地。

变送器电气壳体上的穿线孔，应当密封或者塞住（用密封胶），以避免电气壳内潮气积聚。如果穿线孔不密封，则安装变送器时，应使穿线孔朝下，以便排除液体。

信号线可以不接地（浮空）或在信号回路中任何一点接地，变送器外壳可以接地或不接地。

因为变送器通过电容耦合接地，所以检查绝缘电阻时，不应用高于100V的兆欧表，电路检查应采用不大于45V的电压。

3.2 现场安装

我公司生产的WNK3051智能变送器可直接安装在2英寸管道上或直接安装在墙壁上以及仪表板上。图3-2给出了不同的安装形式（用户可选）。 

变送器不是水平安装时由于膜片及硅油的重力，针对不同的量程会造成零位漂移，特别是中、低量程变送器，但可校准。

3.2.1安装位置  

变送器在工艺管道上的正确的安装位置，与被测介质有关。为了获得*佳的安装，应注意考虑下面的情况：

1）防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质相接触。

2）要防止渣滓在导压管内沉积。

3）导压管要尽可能短一些。

4）两边导压管内的液柱压头应保持平衡。

5）导压管应安装在温度梯度和温度波动小的地方。

6）防止引压管内结晶或低温结冰。

3.3 测量方式

◆液体测量：

测量液体流量时，取压口应开在流程管道的侧面，以避免渣滓的沉淀。同时变送器要安装在取压口的旁边或下面，以便气泡排入流程管道之内。

◆气体测量：

测量气体流量时，取压口应开在流程管道的顶端或侧面。并且变送器应装在流程管道的旁边或上面，以便积聚的液体容易流入流程管道之中。

◆蒸汽测量：

测量蒸汽流量时，取压口开在流程管道的侧面，并且变送器安装在取压口的下面，以便冷凝液能充满在导压管里。

应当注意：在测量蒸汽或其它高温介质时，其温度不应超过变送器的使用极限温度。

被测量介质为蒸汽时，导压管中要充满水，以防止蒸汽直接和变送器接触，因为变送器工作时，其容积变化量是微不足道的，所以不需要安装冷凝罐。

注意：使用压力容室装有泄放阀的变送器，取压口要开在流程管道的侧面。被测介质为液体时，变送器的泄放阀应装在上面，以便排出渗在被测介质的气体。被测介质为气体时，变送器的泄放阀应装在下面，以便排放积聚的液体。

◆液位测量：

用来测量液位的差压变送器，实际上是测量液柱的静压头。这个压力由液位的高低和液体的比重所决定，其大小等于取压口上方的液面高度乘以液体的比重，而与容器的体积或形状无关。

（a）开口容器的液位测量

测量开口容器液位时，变送器装在靠近容器的底部，以便测量其上方液面高度所对应的压力。如图3-3所示。

容器液位的压力，连接变送器的高压侧，而低压侧通大气。如果被测液位变化范围的*低液位，在变送器安装处的上方，则变送器必须进行正迁移。

湿导压管连接举例：

设X为被测的*低和*高液位之间的垂直距离，X=3175mm。

Y为变送器取压口到*低液位的垂直距离，Y=635mm。

Υ为液体的比重，Υ=1。  h为液柱X所产生的*大压头，单位为KPa。

e为液柱Y所产生的压头，单位为KPa。  1mmH2O=9.80665Pa（以下同）

测量范围从e至e+h

所以：h=X·Υ          e=Y·Υ

       =3175×1         =635×1

       =3175mmH2O       =635mmH2O

       =31.14KPa        =6.23KPa

即变送器的测量范围为 ：6.23KPa～37.37KPa

（b）密闭容器的液位测量

在密闭容器中，液体上面容器的压力影响容器底部被测的压力。因此，容器底部的压力等于液面高度乘以液体的比重再加上密闭容器的压力。

为了测得真正的液位，应从测得的容器底部压力中减去容器的压力。为此，在容器的顶部开一个取压口，并将它接到变送器的低压侧，这样容器中的压力就同时作用于变送器的高低压侧。结果所得到的差压就正比于液面高度和液体的比重的乘积了。

1）干导压连接

如果液体上面的气体不冷凝，变送器低压侧的连接管就保持干的，这种情况称为干导压连接。决定变送器测量范围的方法与开口容器液位的方法相同（见图3-3）。

2）湿导压连接

如果液体上面的气体出现冷凝，变送器低压侧的导压管里会渐渐地积存液体，就会引起测量的误差。为了消除这种误差，预先用某种液体灌充在变送器的低压侧导压管中，这种情况称为湿导压连接。

上述情况，使变送器的确低压侧存在一个压头，所以必须进行负迁移（见图3-4）。

湿导压管连接举例：

设X为*低和*高液位之间的垂直距离，X=2450mm。

Y为充液导压管顶端到变送器基准线之间的距离，Y=635mm。

Z为充液导压管顶端到变送器基准线之间的距离，Z=3800mm。

r1为被测液体的比重，r1=1。 

r2为低压侧导管填充的比重，r2=1。

e为被测液柱Y所产生的压头，单位为KPa。

s为填充液柱Z所产生的压头，单位为KPa。

测量范围从（e-s）至（h+e-s），则

h=X·r1              e=Y·r1              s=Z·r2

 =2540×1             =635×1              =3800×1

 =2540mmH2O           =636mmH2O            =3800mmH2O

 =24.91KPa            =6.23KPa             =37.27KPa

所以：e-s=6.23-37.27=-31.04KPa     h+e-s=24.91+6.23-37.27=-6.13KPa

因此变送器的测量范围为：-31.04KPa～-6.13KPa

上述情况使变送器的低压侧存在一个压头，所以必须进行负迁移。

变接测量

（c）减少误差

导压管使变送器和流程工艺管道连在一起，并把工艺管道上取压口处的压力传输出到变送器。在压力传输过程中，可能引起误差的原因如下：

1）泄漏；

2）磨损损失（特别使用洁净剂时）；

3）液体管路中有气体（引起压头误差）；

4）气体管路中存积液体（引起压头误差）；

5）两边导压管之间因温差引起的密度不同（引起压头误差）。

（d）减少误差的方法如下：

1）导压管应尽可能短些；

2）当测量液体或蒸汽时,导压管应向上连到流程工艺管道,其斜度应不小于1/12；

3）对于气体测量时,导压管应向下连接到流程工艺管道,其斜度应不小于1/12；

4）液体导压管道的布设要避免中间出现高点，气体导压管的布设要避免中间了现低点；

5）两导压管应保持相同的温度；

6）为避免磨擦影响，导压管的口径应足够大；

7）充满液体的导压管中应无气体存在；

8）当使用隔离液时，两边导压管的液体要相同；

9）采用洁净剂时，洁净剂连接处应靠近工艺管道取压口，洁净剂所经过的管路，其长度和口径应相同，应避免洁净剂通过变送器。

第五节  调 试

4.1 利用上位机进行调试:

用户拿到的变送器已经根据用户订货要求进行标定设置。用户也可对智能变送器重新进行调试。具体的操作方法如下：

1）打开智能软件操作界面，先进行连机操作，确保变送器与上位机连接无误，通讯正常。

2）点击工具栏的综合参数设置项，包括设置：零点和量程设置、 工程单位选择、 阻尼时间调整、供电方式选择、滤波方式选择以及输出显示方式选择等参数。参数设置完毕点击传送数据按钮，变送器系统参数被存入智能板存储器。

3）点击工具栏的输入/输出校准项，可以对智能变送器进行零点和量程校准。在进行线性化校准前先进行4mA和20mA电流校准，电流校准操作步聚如下：

a.将精密电流表串接在变送器环路上,接好电源.

b.点击第一个[检测]按钮, 同时将电流表上的数值填入[第一点电流值]一栏中.

c.再点第二个[检测]按钮, 同时将电流表上的数值填入[第二点电流值]一栏中.

d.点击传送[按钮],完成电流校准

e.再在右边栏框中选择适当的电流值输出,检查变送器输出电流是否正常.

4）线性校准和温度校准:

注意：线性校准和温度校准可选择两点～十一点方式进行。

◆线性校准：

1.先进行压力预调，以便正确设置信号增益。

a.对变送器施加零点压力，点击[自学零点]按钮；

b.对变送器施加满点压力，点击[自学满点]按钮便可，变送器预调完毕。

2.线性校准点数至少2点，第0点（4mA压力点）和第10点（20mA压力点）必须校准。

3.第1点到第9点默认值为10%FS到90%FS依次均匀递增，如果不是默认值，请在相应的压力值一栏中输入施加的压力值，再点击[采集压力AD值]按钮便可。

4.所有数据采集完毕后，点击[传送数据]按钮，将线性校准数传给变送器。

5.如果校准失败或出现异常情况，请在线性校正栏内先点击〈清除数据〉按钮，再重新校准。

◆温度校准：

1.低温线性校正和高温线性校正的操作请在[温度补偿]界面中进行。

2.在进行温度补偿时，用户可以只做高温零点和满点两点（中间点可以自动推算），然后点击采集高温温度按钮，然后传送数据，高温补偿完毕。

3.本公司提供的Hart智能软件具有特殊的低温自动推算能力。用户可以不做低温，点击低温自动推算按钮便可将低温压力AD值以及低温AD值推算出来。然后点击传送数据按钮，整个温度补偿完毕。

4.如果校准失败或出现异常情况，请先取消线性补偿和温度补偿，重新校准。

注：用户可以根据需要在综合参数界面内对校正温度进行自行设定。

◆快速校准零点和快速校准满点：

做完温度补偿后的变送器回常温一段时间后出现零点和满点偏差时可以利用设置功能项里的快速校准零点和快速校准满点进行校准。（校准不会影响线性）

4.2 利用智能板按键进行零点和量程的调校

此WNK3051型智能压力变送器可用一个压力源通过变送器设定量程，方法如下：

1. 同时按下零点按钮Z和满度按钮S至少10秒钟,表头右下脚显示“OPEN”这时可以进入校准状态。

2. 向变送器高压端输入4mA点对应的压力值。

3. 等压力稳定后，按下零点按钮Z至少2秒钟,在表头左下脚显示“Z5”。

4. 核实输出确为4mA。

5. 再向变送器高压端输入20mA点对应的压力。

6. 等压力稳定后，按下满度按钮S至少2秒钟, 在表头左下脚显示“F5”  

7. 核实输出确为20mA。

注：调校零点和满程都必须先进入步骤1后再进行。量程的上下限必须在模盒规定的极限之内。而且*小及*大量程要符合变送器的量程标准范围，根据欧洲标准，变送器按键迁移仅有10％的迁移量。

第六节  智能压力变送器按键操作说明

5.1 按键说明：

卸下WNK3051变送器线路板一侧的旋盖，可看见两个按键，对应变送器顶部标有Z一侧的按键为＜Z＞零点按键，对应变送器顶部标有S一侧的按键为＜S＞量程按键:

5.2 按键操作操作说明：

1.按键操作说明：

2.监控状态说明：

开机，初始化完成后，变送器即自动进入监控状态。

正常状态下，屏幕显示可能为输入压力、输出电流或百分比，在异常状态下，屏幕将可能显示Err-1、Err-4、Err-5，而变送器输出电流可能为3.8mA或22.8mA，这取决于智能软件中报警电流的设置值：

第七节  变送器维护及故障处理

我公司生产的智能变送器无可动机械部件，具有线性和温度补偿功能及备高、低电流报警功能，很少需要定期维护。其调整或改变测量范围的步骤已在前面章节中作了叙述。表头部分相对来说是比较独立的，具有完全的互换性，互换后对性能不会有什么影响。本节介绍智能变送器的维护和故障排除指南。

6.1 仪表维护

6.1.1 软维护

WNK3051智能变送器是智能化产品，参数是对用户开放的，用户可以按实际情况调节零点、设置量程、设置阻尼，甚至重新进行表定。当核心参数被修改或混乱时会造成软故障，此时请参照上章节叙述进行调试，使其恢复正常工作。

当实际情况需要重新调零时，请拆掉壳体盖，用按键进行调整，或直接使用软件进行调试。具体的调节方法参照上述按键操作说明和软件调试方法进行。

6.1.2 硬维护

一般来说，传感器组件、主电路板及表头时现场不可维修的，用户的硬件维修项目仅限于电路连接检查、变送器清洁、更换、接线端子检查。

◆测试端子

测试端子跨接在一个二极管两端，二极管内通过的时回路的信号电源。当指针表头或测试设备接到测试端子后，他们就把二极管给短路了。只要两端子间电压小于二极管的阀电压，就没有电流流过二极管，在测试或接表头时为了确保没有泄漏电流流过二极管，测试设备或表头的电阻不应超过10Ω（对4～20mA DC型）。电阻值超过上述值3倍将产生小与1%的误差。测试端子的“+”“-”端有导电铜件在变送器通电状态下可之间用万用表mA档测试输出电流。

◆表头检查

拧开表头盖，用螺丝刀将两颗螺钉旋出，取下表头，检查表头连接线是否脱落或断裂，如存在问题请重新更换表头。

◆流程传感器本体检查

注意以下几点：

1）在分解传感器本体之前应将变送器从工作点上拆下。

2）在重新装配后必须进行温度、压力循环实验，以保证变送器精度。

3）卸下四个螺栓可以将压力容室拆下来。

4）可用软布、柔性清洁剂清洗隔离膜片，并用清水冲洗之。

5）为了便于安装，压力容室和接头可一转动或反向安装。

◆接线端子检查

拧开后盖，即可看见接线端子。将两颗定位螺钉旋出，取下接线端子盖，即可看见电路板。可以检查接线电路板的连接是否正确、可靠。主要集中在穿心电容和测试二极管的装配上。

6.2 故障检修

在变送器故障情况下，下述步骤可帮助找出问题原因。同时可帮助决定是否需要拆下来修理。这些资料帮助诊断和修理三大基本故障症状，对每种症状，先处理*容易检查的条件，如无法修理请同本厂服务中心联系。

6.2.1 输出过大

可能的原因和解决的方法：

1)一次元件（如孔板等）检查一次元件的范围；

2）导压管

a.检查导压管是否泄漏或堵塞；

b.检查截止阀是否全开；

c.检查气体导压管内是否存有液体，液体导压管是否有气体；

d.检查变送器压力容室内有无沉积物；

e.检查导压管内液体、比重是否改变。

3）变送器的电气连接

a.保证接插件接触处清洁和检查传感器连接情况；

b.检查电源电压是否在12～45VDC范围内。

4）变送器的电路故障

a.用智能通讯器进入连线模式以判明电子部件的失效;

b.更换有故障的电子部件。

5）传感器组件

参照本节传感器组件的检查。

6）电源

检查电源的输出是否符合所需电压值。

6.2.2 输出过小或无输出

可能的原因和解决的方法：

1）一次元件

a.检查元件的安装及工作条件；

b.检查被测介质的特性是否变化，它可能影响输出。

2）接线回路

a.检查加到变送器上的电压是否正常；

b.检查回路是否短路或多点接地；

c. 检查回路连接的正负极性；

3）导压管

a.检查管道压力连接是否正确；

b.检查导压管是否泄漏或堵塞；

c.检查充液导压管中是否存在有气体；

d.检查变送器的压力容室中有无沉积物；

e.检查截止阀是否全开，平衡阀是否关严；

f.检查导压管内液体的比重是否改变。

4）变送器的电气连接

a.检查变送器传感器组件的引出线是否短接；

b.保证接插件接触处清洁和检查传感器组件连接情况；

5）3 1/2位LCD现场指示表接线端在无指示表或指示表故障时，是否用导线短接；

6）变送器的电路故障

a.用智能通讯器进入连线模式以判明电子部件的失效与否；

b.更换有故障的电子部件。

7）传感器组件(参考本节中传感器组件检查的内容)

6.2.3 输出不稳定

可能的原因和解决的方法：

1）接线回路

a.检查变送器是否有间歇性的短路，开路和多点接地的现象；

b.检查加到变送器的电压是否合适。

c.电流表检查连接变送器TEST接线柱测试4mA～20mA电流输出。

注：切勿用高于45V电压去检查回路。

2）被测液体波动(调整电路的阻尼作用)

3）导压管

检查充液导压管内有无气体和气体导压管内有无液体。

4）变送器的电气连接

a.检查变送器回路是否有间歇性的短路或开路现象；

b.保证接插件接触处清洁和检查传感器组件连接地情况；

5）变送器的电路故障

a.用智能通讯器进入连线模式以判明电子部件的失效；

b.更换有故障的电子部件。

6）传感器组件(参见本节中传感器组件的检查的内容)

6.2.4 变送器无法通讯

可能的原因和解决的方法：

1）电源异常(检查电源电压是否符合要求)

2）电气连接是否正常

3）变送器电路故障(更换故障的电子部件)