Средства измерений для автоматизации «Метран» (датчики давления) - часть 8

29

Rosemount 3051

Серия датчиков Rosemount 3051 представлена широким спектром моделей. Принятые обозначения датчиков давления

3051 по конструктивному исполнению и измеряемому давлению:
С $ копланарная конструкция на базе емкостного/пьезорезистивного сенсора;
Т $ штуцерная конструкция на базе пьезорезистивного сенсора;
Н $ конструкция, сочетающая копланарное и традиционное фланцевое исполнение на базе емкостного/пьезорезистивного сенсора
для высокотемпературных процессов;
L $ конструкция для измерения гидростатического давления (уровня);
D $ для измерения перепада давлений;
G $ для измерения избыточного давления;
A $ для измерения абсолютного давления.

Предлагаемые потребителю модели датчиков серии 3051 $ CD, CG, CA, TG, TA, HD, HG, L.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Сенсорные модули
В датчиках Rosemount 3051 используются два вида сенсорных модулей на базе емкостной и пьезорезистивной ячеек

(рис.1). Для датчиков перепада и избыточного давлений моделей 3051СD, 3051CG, 3051L используется сенсор на базе емкостной
ячейки, для датчиков абсолютного и избыточного давлений моделей 3051CA, 3051TA, 3051TG $ на базе пьезорезистивной.

Мембраны, воспринимающие давление измеряемой среды, расположены в одной горизонтальной плоскости, в результате

чего ячейка получила название копланарной (Coplanar).

Рис.2.

В датчиках на базе емкостного сенсора давление

процесса через разделительные мембраны (мембрану в
датчиках избыточного давления) и заполняющую жидкость
передается на измерительную мембрану, расположенную
между пластинами конденсатора. Под воздействием
измеряемого давления мембрана прогибается и в результате
изменяется электрическая емкость ячеек, образованных
сенсорной мембраной и пластинами конденсатора.

Генерируемый электрический сигнал преобразуется

в цифровой и передается на микроконтроллер.

В датчиках с пьезорезистивным сенсором

измеряемое давление через разделительную мембрану и
заполняющую жидкость передается на измерительную

мембрану, изгиб которой вызывает изменение сопротивления
в цепи мостика Уинстона. Сигнал рассогласования
преобразуется в цифровой сигнал для обработки
микропроцессором.

Сенсорный модуль датчиков 3051 имеет встроенный

термометр для коррекции и учета температурных эффектов.
Во время процедуры характеризации на заводе все сенсоры
подвергаются воздействию температур и давления во всем
рабочем диапазоне. В результате характеризации
коэффициенты корекции заносятся в ПЗУ и используются   для
коррекции выходного сигнала при работе датчика в условиях
эксплуатации.

Схема электронного преобразователя позволяет

быстро и удобно производить тестирование и
конфигурирование датчика с помощью HART$коммуникатора
модели 375, Метран$650. Двухсекционная конструкция
электронного блока позволяет выполнить подключение к
клеммам без нарушения целостности электронных схем.

Выходной блок электронной платы преобразует

сигналы измерительной информации в выходной сигнал.
Стандартным аналоговым выходным сигналом является выход
4$20 мА; экономичный датчик имеет вольтовой выходной сигнал
(1$5 или 0,8$3,2 В).

По заказу может быть установлен ЖК$индикатор,

который выводит цифровые значения сигнала в физических
единицах или процентах от диапазона измерений. ЖК$
индикатор используется как в стандартных, так и в экономичных
датчиках.

Данные конфигурации хранятся в энергонезависимой

памяти электронного модуля датчика. Эти данные остаются в
датчике даже при отключенном электропитании, поэтому при
включении питания датчик сразу готов к работе.

Сенсор на базе емкостной ячейки

(3051 CD, 3051CG)

Сенсор на базе пьезорезистивный ячейки

(3051 CA)

Рис.1. Сенсорные модули датчиков давления Rosemount 3051С.

30

Rosemount 3051

КОДЫ, ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЕНИЙ, ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблица 1

Тип

датчика

Код

диапазона

Верхние границы

диапазона измерений

(ВГД), кПа

Допустимые пределы

сенсора, кПа

Давление перегрузки,

кПа

Пределы значений

Pст, кПа

Pmin

Pmax

Модель 3051С

3051CD

0

0,025

0,745

от $0,745 до 0,745

5170

от 3,5 до 5170

1

0,12

6,22

от $6,22 до 6,22

13790

от 3,5 до 13800

2

0,62

62,2

от $62,2 до 62,2

25000

от 3,5 до 25000

(для варианта

с кодами Р9

от 3, 5 до 31000)

3

2,5

248

от $248 до 248

4

20,0 

2070

от $2070 до 2070

5

140

13800 

от $13800 до 13800

3051CG

1

0,12

6,22 

от $6,22 до 6,22

13790

$

2

0,62

62,3

от $62,3 до 62,3

25000

3

2,5

248

от $101  до 248

4

20,0 

2070

от $101  до 2070

5

140

13790

от $101  до 13790

3051CA

1

2,07

207

от 0 до 207

827

2

10,0 

1034

от 0 до 1034

2070

3

55,0 

5516

от 0 до 5516

11030

4

280,0 

27579 

от 0 до 27579

41370

Модель 3051T

3051TG

1

2,07

207

от $101 до 207

5170

2

10,34

1034

от $101 до 1034

10340

3

55,0 

5516

от $101 до 5516

11030

4

280

27579 

от $101 до 27579

41370

5

13790

68950

от $101 до 68950

103420

3051TA

1

2,07

207

от 0 до 207

5170

2

10,34

1034

от 0 до 1034

10340

3

55,0 

5516

от 0 до 5516

11030

4

280

27579 

от 0 до 27579 

41370

5

13790

68950

от 0 до 68950

103420

Модель 3051H*

3051HD

2

0,62

62,0 

от $62,0 до 62,0

25000

Давление разрушения

фланцев 69 МПа

3,45...25000

3

2,5

250

от $250 до 250

4

20,0 

2070

от $2070 до 2070

5

140

13800

от $13800 до 13800

3051HG

2

0,62

62,0 

от $62,2 до 62,2

3

2,5

250

от $101 до 250

4

20,0 

2070

от $101 до 2070

5

140

13800

от $101 до 13800

Модель 3051L (датчик уровня, монтируемый на фланце)*

3051L

2

0,62

62,0 

от $62,0 до 62,0

3

2,5

250

от $250 до 250

4

20,7

2070

от $2070 до 2070

Pmax $ максимальное значение верхней границы (ВГД) диапазона измерений;
Pmin $ минимальное значение верхней границы (ВГД) диапазона измерений.

* Модели 3051H, 3051L отсутствуют в линейке датчиков давления, производимых на территории России.

Примечание:
1. Измерение давления$разрежения обеспечивается любым датчиком 3051 (кроме CA, TA) с помощью настройки HART$

коммуникаторами 375, Метран$650 пользователем или заводом$изготовителем при наличии соответствующей информации в
заказе.

2. Нуль и диапазон могут быть установлены любыми в допустимых пределах сенсора, при этом диапазон может быть больше

или равен минимальному диапазону, приведенному в табл.1 для соответствующего типа датчика и кода диапазона.

31

Rosemount 3051

ДОЛГОВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ

Таблица 2

* А численно равно Pi, выраженному в кПа.

Модель

Код диапазона

Диапазон перенастройки

Дополнительная температурная погрешность, %

3051CD,

3051CG

2, 3, 4, 5 

от Pmax до Pmax/5

±(0,022 + 0,0045 Pmax/Pi)

от Pmax/5 и более

±(0,045 + 0,009 Pmax/Pi)

0

от Pmax до Pmax/30

±(0,018 + 0,089 Pmax/Pi)

1

от Pmax до Pmax/50

±(0,09 + 0,036Pmax/Pi)

3051CА

0

от Pmax до Pmax/30

±(0,09 + 0,036Pmax/Pi)

1, 2, 3, 4 

от Pmax до Pmax/30

±(0,045 + 0,009 Pmax/Pi)

от Pmax/30 и более

±(0,045 + 0,0125 Pmax/Pi)

3051Н

Все диапазоны

от Pmax до Pmax/30

±[(0,045 + 0,009 Pmax/Pi) + 0,83 кПа/А*)]

от Pmax/30 и более

±[(0,045 + 0,0125 Pmax/Pi) + 0,83 кПа/А*)]

3051Т

1

от Pmax до Pmax/10

±(0,045 + 0,09 Pmax/Pi)

от Pmax/10 и более

±(0,045 + 0,018 Pmax/Pi)

5

от Pmax до Pmax/5

±(0,054 + 0,036 Pmax/Pi)

2, 3, 4 

от Pmax до Pmax/30

±(0,045 + 0,09 Pmax/Pi)

от Pmax/30 и более

±(0,045 + 0,0125 Pmax/Pi)

Тип датчика

Код диапазона

Нестабильность

3051CD, 3051CG

2, 3, 4, 5  

±0,125% от Pmax (ВГД) за 5 лет*

3051Т

1, 2, 3, 4  

3051CD

0, 1 

±0,2% от Pmax (ВГД) за 1 год

3051Н

2, 3 

±0,1% от Pmax (ВГД) за 1 год

4, 5 

±0,2% от Pmax (ВГД) за 1 год

* При изменении температуры на ±28 °С от нормальной (20°С) и изменении рабочего избыточного давления в линии на

6,9 МПа (для датчика CD).

ОБЩАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ДАТЧИКА

Общая погрешность датчика составляет  ±0,15% от Pi и складывается из основной допускаемой погрешности и

дополнительных погрешностей от изменения температуры окружающей среды на ±28°С от нормальной (20°С) в пределах
перенастройки диапазона от Pmax до Pmax/5 и изменения статического давления в трубопроводе (только для датчиков СD) на
6,9 МПа.

 Пределы основной допускаемой  приведенной погрешности датчика (включая погрешность нелинейности, гистерезис и

повторяемость), выраженные в % от диапазона изменения выходного сигнала, приведены в табл.3.

Таблица 3

Модель

Код

диапазона

Диапазон перенастройки

Пределы основной приведенной погрешности,

3051CD,

3051CG

2, 3, 4, 5 

от Pmax до Pmax/5

±0,04 (для кодов диапазона 2, 3, 4 опция Р8)

от Pmax/5 и более

±(0,015 + 0,005 Pmax/Pi)  (для кодов диапазона 2, 3, 4 опция Р8)

от Pmax до Pmax/10

±0,065

от Pmax/10 и более

±(0,015 + 0,005 Pmax/Pi*)

3051CD,

3051CG

1

от Pmax до Pmax/15

±0,1

от Pmax/15 и более

±(0,025 + 0,005 Pmax/Pi*)

3051CD

0

от Pmax/2 до Pmax/30

±(0,05 Pmax/Pi)

от Pmax до Pmax/2

±0,1

3051Т, СА

1, 2, 3, 4 

от Pmax до Pmax/5

±0,04 (опция Р8 для кодов диапазона 2$4)

от Pmax/5 и более

±(0,0075 Pmax/Pi) (опция Р8 для кодов диапазона 2$4)

от Pmax до Pmax/10

±0,065

от Pmax/10 и более

±(0,0075 Pmax/Pi)

3051СА

0

от Pmax до Pmax/5

±0,075

от Pmax/5 до Pmax/30

±(0,025 + 0,01 Pmax/Pi)

3051Т

5

от Pmax до Pmax/10

±0,075

3051Н, 3051L

Все

диапазоны

от Pmax до Pmax/10

±0,075

от Pmax/10 и более

±(0,025 + 0,005 Pmax/Pi)

γ

, %

* Для датчиков с кодом выхода F используется калиброванный диапазон (шкала).

Pmax $ максимальное значение верхней границы диапазона;
Pi $ верхний предел измерений (шкала), на который настроен датчик.

 

Влияние изменения температуры окружающей среды

Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды на каждые 10°С в рабочем диапазоне
температур, выраженная в % от диапазона изменения выходного сигнала, не превышает значений, приведенных в табл.4

Таблица 4

32

Rosemount 3051

 Влияние изменения статического давления

Модель 3051CD:

Отклонение нуля

±(0,05%Pmax)/6,9 МПа при давлении в линии

от 0 до 13,7 МПа, диапазоны 2$3;

±(0,18%Pmax)/1,0 МПа, диапазон 0;

±0,25%Pmax)/6,9 МПа, диапазон 1.

Может быть устранено калибровкой нуля на месте.

Отклонение диапазона

±0,1% от измеряемого значения давления

в диапазоне 2$3 на каждые 6,9 МПа;

±0,218% от измеряемого значения давления

в диапазоне 0 на каждые 1,0 МПа;

±0,4% от измеряемого значения давления

в диапазоне 1 на каждые 6,9 МПа.

Модель 3051НD:

Отклонение нуля

±0,1%Pmax/6,9 МПа при давлении в линии от 0 до 13,7 МПа,

все диапазоны;

Может быть устранено калибровкой нуля на месте.

Отклонение диапазона

±0,1% от измеряемого значения давления на каждые 6,9 МПа.

 Влияние вибрации

Влияние вибрации незначительно, за исключением

резонансных частот. При резонансных частотах влияние

вибрации не превышает ±(0,1Pmax)% на единицу перегрузки

(g) от 10 до 2000 Гц в любом направлении.

 Влияние источника питания

Менее ±0,005% на 1 В от диапазона изменения выходного

сигнала.

 Влияние монтажного положения

Изменение монтажного положения не влияет на выходной

сигнал, соответствующий верхней границе диапазона

измерений. Отклонение нуля составляет для датчиков:

3051С до 0,311 кПа;

3051Н до 1,243 кПа;

3051Т, 3051СА до 0,622 кПа;

3051L:

$ при вертикальном монтаже диафрагмы датчика 0,249 кПа,

$ при горизонтальном монтаже диафрагмы датчика 1,243 кПа.

В любом варианте смещение нуля может быть

устранено калибровкой.

 Характеристики выходных сигналов и

энергопотребления

Код выхода А

Выходной сигнал 4$20 мА постоянного тока

(с изменением по линейному закону или по закону квадратного

корня $ по выбору пользователя) с наложенным на него

цифровым сигналом HART.

Датчик работает от внешнего источника питания с

напряжением от 10,5 до 55 В постоянного тока без нагрузки.

Рис.4.

Если программа самодиагностики обнаружит

неисправность датчика, то для предупреждения пользователя

аналоговый выходной сигнал будет установлен: либо ниже

3,75 мА, либо выше 22 мА.

Высокий или низкий уровень сигнализации

выбирается пользователем.

Код выхода М, экономичный.

Выходной сигнал 1$5 В или 0,8$3,2 В (код опции С2)

постоянного тока с изменением по линейному закону или

закону квадратного корня от входного параметра (по выбору

пользователя); с наложенным цифровым сигналом в стандарте

HART.

Датчик работает от внешнего источника питания

с напряжением от 6 до 12 В постоянного тока без нагрузки.

Максимальное сопротивление нагрузки 100 кОм

(на клеммах Uout).

Потребляемая мощность 18$36 мВт, потребляемый

ток 30 мА.

При обнаружении неисправности на выходе датчика

устанавливается сигнал ниже 0,94 В либо выше 5,4 В (ниже

0,75 В либо выше 4,4 В для опции С2).

Высокий или низкий уровень сигнализации

выбирается пользователем.

Коды выхода F и W

Цифровой сигнал по протоколу Foundation Fieldbus

(код F) или по протоколу Profibus (код W).

Для датчиков с кодами выхода F и W требуется

внешний источник питания постоянного тока от 9 до 32 В.

Потребление тока 17,5 мА для всех конфигураций.

Максимальное сопротивление нагрузки

определяется уровнем напряжения внешнего источника

питания и не должно выходить за пределы рабочей зоны

(см.рис.4).

Rmax = 43,5 (Uист.пит. $ 10,5 В) Ом

Для датчиков с кодом Т1 (блок защиты от переходных

процессов) Rmax уменьшается на 25 Ом.

Rmin = 0 Ом

Для работы по HART$протоколу Rmin = 250 Ом при

напряжении питания от 16,25 до 55 В.