智能电容式差压变送器

文件编号：Sddy2006_v1.2.SY

第二代HART协议智能电容式差压变送器

配套电子部件使用说明书

上海工业自动化仪表研究所

2008年4月

目 录

1 概述......................................................................................................3 2 工作原理..............................................................................................3 3 品种规格..............................................................................................5 4 技术参数..............................................................................................5 5 操作方法..............................................................................................8 5.1 安装方式.....................................................................................8 5.2 连线方式.....................................................................................9 5.3 调校工具...................................................................................10 5.4 调试程序 更改/新增功能介绍................................................11

5.4.1 传感器特征诊断..............................................................11 5.4.2 出厂数据保存/恢复.........................................................12 5.4.3 温度补偿的操作..............................................................12 5.4.4 多点网络操作..................................................................15 5.4.5 液晶显示内容的选择......................................................17 5.4.6 就地按键使能设定..........................................................19 5.4.7 AD转换器的增益设定....................................................19 5.4.8 报警输出限值设定..........................................................21 5.4.9 小信号切除功能设定......................................................22 附表1 产品型号列表.......................................................................23 附图 Rosemount 3051菜单树........................................................24

1 概述

第二代HART协议智能电容式压力/差压变送器之电子部件（以下简称第二代智能电子部件），是在原1151型智能电子部件的基础上，最新研制开发的新一代电子部件，是第二代智能电容式压力/差压变送器的核心部件。

第二代智能电子部件在外形尺寸和安装方式上保持目前市场流行的小型化分体式结构，但与原有产品相比，在性能、功能等方面具有本质的提高和改进，利用第二代智能电子部件配套生产的智能电容式压力/差压变送器，将在性能和功能特性上得到提高。

2 工作原理

第二代智能电子部件仍应用于电容式压力/差压传感器，工作原理与原产品相近，系统结构如图1所示：

图1 第二代HART协议智能电子部件结构原理图 第二代智能电子部件为适应小型化设计要求，仍采用分体式结构，分别是“智能传感器部分”和“数据处理和通信部分”，如图1中的左右两个部分，以下简称“调理板”和“智能主板”。

“调理板”实现传感器信号的激励、采集和数字转换，其中“信号激励”和“调理电路”与基于1151的模拟式压力/差压电路相同；温度补偿沿用原有小型分体式设计，在传感器部分安装一个测温元器件，实现温度信号的采集和软件自动补偿；调理后的传感器信号，经过24位A/D转换器，变成数字信号，通过连接电缆送给智能主板”中的MCU进行计算。

“智能主板”实现数据的计算、判断、控制、显示等主要功能，

同时包括电源单元、D/A转换及电流输出单元及HART通信单元，主要的工作原理与原产品相同，同时在原有基础上增加了液晶显示模块（选配）。

调理板通过增加额外的EEPROM非易失性存储单元，将与传感器相关的组态参数保存其中，使传感器部分智能化，可以实现调理板与智能主板的互换，而不需要重新进行传感器标定。

目前的产品除可与1151类型的金属电容式传感器配套，还有专为3051型小型化电容传感器、硅电容传感器以及硅电桥传感器设计的信号调理板，根据传感器的不同，相应信号调理电路也有所不同，但最终输出的数字化信号，以及EEPROM的存放数据格式是相同的，因此所有信号调理板具有相同的输出表现，可以实现与主板之间的任意连接和互换。

3 品种规格

由于小型化产品外形种类较多，目前的第二代智能电子部件主要针对市场上常用的小型化结构设计，主要的品种规格及外形尺寸见附表1所列。

4 技术参数

除特殊说明外，第二代智能电子部件的技术参数与原产品相同，具体参数请查阅《智能电容式压力变送器电路板 安装和使用说明书》。

传感器类型：根据所选信号调理板的不同，可与市场上主流的电容式和硅电桥式压力/差压传感器配套，见表1所列。

表1 可选配传感器类型及配套信号调理板列表

名称 Rosemount 1151

CECC Rosemount 3051C Rosemount 3051T

Fuji FCX Honeywell 13U/C Honeywell 19U/C

类型 金属电容式 金属电容式 金属电容式

信号调理板型号 Sddy-2006_S0 Sddy-2006_SI Sddy-2006_SC Sddy-2006_SF

硅电桥式硅电容式 硅电桥式 硅电桥式

Sddy-2006_SC Sddy-2006_SF Sddy-2006_ST

量程代码：根据配套的传感器不同，可选择不同的量程代码及范围。量程代码所对应的最大测量范围，见表2所列。

表2传感器类型及量程代码对照表

量程代码 0

1151 量程

(金属电容式)

CECC 量程

(金属电容式)

3051C 量程

(金属电容式)

3051T 量程

(硅电桥式)

FCX 量程

(硅电容式)

13U/C 量程

(硅电桥式)

19U/C 量程

(硅电桥式)

0 ~ 41.37 MPa 0 ~ 40 MPa 0 ~ 0.75 kPa

0 ~ 206.8 kPa 0 ~ 1.034 MPa 0 ~ 5.516 MPa 0 ~ 27.58 MPa 0 ~ 68.95 MPa

/ /

0 ~ 1 kPa0 ~ 6 kPa0 ~ 32 kPa 0 ~ 64 kPa 0 ~ 130 kPa 0 ~ 500 kPa 0 ~ 2 MPa

0 ~ 3.447 MPa 0 ~ 6.895 MPa 0 ~ 13.79 MPa 0 ~ 20.68 MPa 0 ~ 34.47 MPa

/ /

0 ~ 20.68 kPa 0 ~ 34.47 kPa 0 ~ 68.95 kPa 0 ~ 103.4 kPa 0 ~ 206.8 kPa 0 ~ 344.7 kPa 0 ~ 689.5 kPa

2 3 4 5 6 7

0 ~ 1.49 kPa 0 ~ 7.46 kPa 0 ~ 37.29 kPa 0 ~ 186.5 kPa 0 ~ 689.5 kPa 0 ~ 2.07 MPa

0 ~ 6.22

kPa

0 ~ 62.27 kPa 0 ~ 249.1 kPa 0 ~ 2.068 MPa 0 ~ 13.79 MPa

/ /

0 ~ 1.6 kPa 0 ~ 6 kPa 0 ~ 40 kPa 0 ~ 250 kPa 0 ~ 1 MPa 0 ~ 2.5 MPa

量程代码 8 9

1151 量程

(金属电容式)

CECC 量程

(金属电容式)

3051C 量程

(金属电容式)

3051T 量程

(硅电桥式)

FCX 量程

(硅电容式)

13U/C 量程

(硅电桥式)

19U/C 量程

(硅电桥式)

0 ~ 6.89 MPa 0 ~ 20.68 MPa

0 ~ 10 MPa 0 ~ 25 MPa

/ /

/ /

0 ~ 3 MPa0 ~ 5 MPa

/ / /

0 ~ 1.379 MPa 0 ~ 2.068 MPa 0 ~ 3.447 MPa

0 ~ 10

MPa

最大可调量程代码：100:1（建议40:1以内）

精确度：对DP、GP变送器，中间段量程代码，量程比10:1以内时，为±0.1%量程；量程比大于10:1时，为量程的±0.05*(1+0.1*量程比)%。其它变送器和其它量程，以上误差值将增加一倍。

温度影响：（对于DP、GP类变送器，中间段量程代码，量程比5:1以内），

零点误差=±0.25%最大量程限值，每变化28℃。 总误差=±0.5%最大量程限值，每变化28℃。 其它变送器和其它量程，以上误差值将增加一倍。 EMC抗扰度水平：按照GB/T18268-2000标准附录A规定的试验要求（试验等级3级），各项测试达到“连续非监控运行”所要求的判据。

液晶模块：可显示数值范围-19999~19999；可显示单位有%、mA、kPa、Pa、MPa、mmH2O；进度条显示压力百分量程；状态信息显示。

新增智能功能：变量液晶显示，显示内容可通过HART设定；传感器、连接线故障诊断及自恢复；传感器组态参数独立存放；组态参数备份与恢复；特殊命令与Rosemount 3051兼容。

5 操作方法

5.1 安装方式

第二代智能电子部件采用小型化分体安装方式，即与传感器连接的信号调理板安装在传感器一侧的腔式内；智能主板、电源板和液晶显示板安装在仪表变送单元壳体内。

注意：

1）

在进行传感器连接的时候，为了使整机达到较理想的特性，应使传感器的引出导线（3根电容信号线，2根测温二极管信号线）尽量短，而且电容信号线相互之间靠拢，避免分布电容的影响；

2）

测温二极管应尽量靠近电容式压力/差压传感器，保证测到的温度是电容传感器的实际温度；测温二极管的位置应固定，保持测温二极管与电容传感器间固定的关系，否则无法保证温补的正确性；

3）

引出传感器信号线在腔体内应固定，避免信号线晃动引起的测量误差；传感器引出线应尽可能短的与信号调理板连接或焊接；

4）

安装仪表变送单元壳体的时候，应避免旋转引起的连接线损坏；调理板与智能主板连接应保证可靠，并用金属锁件夹紧，其他连接件或紧固件也应注意连接的正确与可靠。

5.2 连线方式

利用第二代智能电子部件组装生产的智能压力变送器，仍采用传统的两线制回路连线方式，如图2所示：

图2 两线制变送器的传统连接电路图

图2中，PSU为24V电源，TX为两线制变送器，LR为负载电阻，HART规范允许负载电阻为230Ω～600Ω。电源、变送器和负载电阻可以任意顺序连接。回路中还可串入电流表或在电阻两端并联电压表。

手持终端或主机通信电路不能直接跨接在电源两端，但既可接于仪表两端（A，B）上，也可接在负载电阻两端（B，C）（两种情况下，电路都要通过电源来供电）。

注意：为保证通信的正确可靠，HART规范对供电电源的技术

要求如表3所列，因此，我们建议使用性能好的稳压电源。

表3 驱动HART回路的电源要求

5.3 调校工具

第二代智能电子部件的生产调校工具仍为Precali2.exe，最新版本为2.3.0.1，该版本向下兼容原有全系列产品，并能对其他厂商的智能仪表进行简单功能操作。Precali2.exe的主界面如图3所示：

图3 Precali2.exe主界面

新版调试程序在界面风格和操作方式上与原有程序一致，特性化、量程设置、微调、电流调整等主要功能的操作过程也保持不变，但增加了对新增特殊功能的操作，以及组态参数的数据库保存和监控。以下将对主要新增功能进行介绍，其他智能功能及仪表生产调校过程，请查阅《智能电容式压力变送器电路板 安装和使用说明书》。

5.4 调试程序 更改/新增功能介绍

5.4.1 传感器特征诊断

新增对传感器特征的诊断功能，在进行仪表特性化修正的同时，利用标定点的AD值和输入的标准压力值，进行自动诊断，并将诊断内容进行提示，如图4所示。用户可根据提示信息进行调整。

图4 传感器特征提示

目前已经实现的诊断内容及相关依据如表4所示。

表4 传感器特征诊断内容、判据及建议处理方法 诊断内容

零位电容量对称性

是否按照传感器满量

程进行特征化

输出信号大小 判断依据 零位AD值的范围 输入的最大标准压力值 加入满量程压力时的AD值变

化量

正负腔均分别加入满量程压力

后的AD值变化量

原始非线性误差极值点的位置

原始非线性误差极值大小

各标定点的误差大小 建议处理方法 更换传感器或降级使用 按照传感器测量量程进行特征化标定 更换传感器或将相关参数提供给我们 更换传感器或降级使用 正负腔电容变化量 非线性误差极值点 非线性误差极值 误差曲线形状 更换传感器或增加标定点数 降级使用 更换传感器或降级使用

5.4.2 出厂数据保存/恢复

在调试程序的菜单栏，新增了“特殊功能”下拉菜单，其中包括“数据备份恢复”-“XXX组态值”-“备份/恢复”菜单选项，如图5所示：

图5 备份/恢复出厂组态值

选择“备份”选项，程序提示“将要备份出厂数据，是否继续？”。如选“是”，将把出厂标定数据存到调理板或智能主板的EEPROM备份区域，否则不会进行任何操作。数据备份成功，将给以提示。

选择“恢复”选项，并在提示框中选择“是”，将用备份的数据覆盖当前的组态信息，使仪表参数回到出厂状态。

利用275进行数据恢复，请参照附件中的借用模式菜单树，选择其中的“Recall fact trim”菜单项，完成操作。

5.4.3 温度补偿的操作

为了取得更好的补偿效果，采用新的温度补偿方法（程序将会根据单片机软件版本号，自动识别温补方法）。相对原来的温补方法，增加了对温度点、压力点的选择功能，最少可以补偿1个压力点（压

力零点），最多补偿3个压力点（零点-中点-量程）。更多压力和温度点的选取，将会获得最佳的补偿效果。温度补偿的界面如图6所示：

图6 温度补偿对话框

图6中“温补选项”用于选择温补的压力和温度点数。温度最少选择两点（常温-高温），最多3个点（常温-高温-低温）。压力最少一个点（零点），最多3点（零点-60%量程-100%量程）。如果需要进行负压补偿，选择“负压”选项，则增加“-60%量程”和“-100%量程”两点的补偿。注意：选择“60%量程”点，程序将自动选择“100%量程”点。

对话框左下侧的“压力AD值”和“温度AD值”反映当前传感器的差压和温度信号，“压力AD值”随差压信号的变化和变化，同时受到温度影响。“温度AD值”仅与温度有关，与差压信号无关。注意：

1， 此处显示的“压力AD值”与程序主界面中的“AD值”不

同，虽然都是压力信号的反映，但是主界面中的“AD值”表示经过温度补偿以后的“AD值”，其大小仅与差压信号有关，与温度无关；而此对话框中显示的“压力AD值”反映了差压传感器的输出信号，包括了温度引起的变化。

2， 当传感器出错时，将不允许进行温补数据的下载。

对话框中间部分，是各压力/温度点的AD值，在不同的温度情况下，加入相应的压力，等“压力AD值”稳定以后，按相应的取值按键，程序自动将当前压力/温度AD值填入相应的文本框，并同时将数值保存到PC机的数据库中。等全部选择的压力/温度点数据填好以后，按“下载”按键，根据提示，完成数据的下载和温度补偿操作。用户也可自行在各压力文本框中输入AD值，但此时数值不会自动保存到数据库中。

进行温度补偿的同时，在常温和高温情况下，“标准温度值”文本框中输入实际温度，“下载”的时候将同时完成温度的标定。如果未填写标准温度值，将不进行温度值校准。

用户利用“保存数据”按键，可以将取好的AD数值保存到PC机的数据库中，保存的文件为：Database目录下的CaliData.mdb。利用“加载数据”按键，用户可以恢复原来取好的AD数值。在温补对话框打开的时候，程序将自动加载已经取好的数据。

建议用户在使用的时候，定期将Database目录下的CaliData.mdb数据库备份到其他目录或重命名，同时清空CaliData.mdb中的数据，因为当数据库中数据量过大时，将会影响

调试程序的运行速度。但需要数据恢复时，请将需要恢复的数据复制到Database目录下的CaliData.mdb中即可，或在温补对话框中人工输入以前备份的数据。

在Office2000及以下系统运行新版Precali2.exe时，可能无法正常连接数据库，请先安装微软程序：mdac_typ.exe和Dao/Jet引擎驱动。

5.4.4 多点网络操作

利用precali2调试程序，可以将智能仪表设置为多点网络模式，这样利用一个HART通信接口，即可以实现对最多15台HART仪表的操作。

用户从本公司得到的智能板，默认状态为单点模式，即4~20mA输出模式。如需要组成HART多点网络，首先需要设置智能仪表的多点网络地址（1~15）。Precali2调试程序主界面中的“短帧设置”按键，将用于多点地址的设定，其界面如图7所示：

图7 多点网络地址设置

根据需要，从1~15中选择一个网络短帧好，按“确定”即进行

设置，否则取消。注意：设置为多点模式的HART仪表，输出电流固定为4mA；同时在同一个HART网络中所有仪表的短帧地址不能重复，在一个HART网络中最多可以连接15台表。如选“0”，将回到4~20mA的单机正常工作模式。

利用图7的“短帧设置”对话框，将智能仪表逐一设置好网络地址，则可以组成HART多点网络。网络连线如图8所示：

图8 HART多点网络连接图

网络连接好以后，利用Precali2调试程序，首先进行网络仪表的查找。和正常模式一样，启动HART通信，此时程序会提示用户是否进行网络多点查找，如图9所示：

图9 网络多点查找选择框

选择“是”，将对网络中的仪表进行搜索。当搜索完成以后，主界面显示最后一个找到的仪表。如果需要选择网络中其它的仪表进行通信，请选择主界面中的“从机选择”按键，将会出现图10所示的

对话框：

图10 从机选择对话框

在对话框中间的下拉框中，将显示出目前网络中存在的仪表短帧地址号，从1至15。选择需要通信的从机，按“确定”后即可实现通信。此时主界面中的“设备号”将更新为当前仪表的HART设备号。

利用多点网络模式，可是简化温补操作。先将需要进行温补的仪表设置好网络号码，连接成多点HART网络。利用“从机选择”，在同一压力/温度下可以对所有的网络仪表进行取值，避免了重复加压的过程，将极大的简化温补操作。

5.4.5 液晶显示内容的选择

液晶显示采用段码方式，可以显示的数值范围从-19999~19999。

、可选的显示模式包括：过程压力/差压值（kPa、Pa、MPa、mmH2O）

百分量程值（%）、电流值（mA）及压力|百分轮换。液晶显示内容的选择，可在调试程序“材料设置”对话框的“显示仪表”一栏中选择，如图11所示：

图11 液晶显示内容设置

利用275进行显示设置，请参照附件中的借用模式菜单树，选择其中的“Meter Options”菜单项，完成操作。

注意：

1） 当进行压力值显示时，显示的单位即为HART命令所选

择的压力单位，利用调试程序和手操器均可进行单位的

设定。但可显示的单位只有kPa、Pa、MPa、mmH2O，

当选择其他单位选项时，液晶显示单位为kPa；

2） 输出电流被固定的时候（如输出电流检测、输出电流调

整等），将交替显示“LOOP”和当前电流值；

3） 当出现硬件故障的时候（如传感器故障、连接线故障等），

将交替显示“SNSR”和“FAIL”，同时输出电流处于报

警状态；

4） 当需要显示的数值超出可显示范围（-19999~19999）时，

将显示“19999”，同时出现“▲”或“▼”标号，表示

超出显示上限或下限，此时请重新选择单位，使显示数

值可读；

5） 显示百分量程时，将固定为1位小数位；显示电流时，

电流超过20mA时为2位小数位，否则是3位小数位；

显示压力值时将根据数值自动调整小数位。

5.4.6 就地按键使能设定

利用275手持操作器或本软件，可以设定就地按键（量程设定等功能）的使能状态。利用本软件的设定方法是点击菜单“特殊功能”->“就地按键使能”，选择相应的“允许”或“不允许”选项即可。如图12所示。

使用275手操器进行按键设定请参照附件。

图12 就地按键使能设置

5.4.7 AD转换器的增益设定

通过设定AD转换器的增益，可以对微弱的传感器测量信号进行

放大。提供了“手动”和“自动”两种设定模式，点击菜单“特殊功能”->“AD增益调整”进行选择。如图13所示。

图13 AD增益设定选项

a） 手动AD增益调整

手动调整即人工选择AD增益的大小。在图14所示的对话框中选择需要的AD增益，下载即可。

图14 手动AD增益选项框

对于不同的传感器及信号调理部件，因选择合适的增益。建议使用的增益如表5所列（注：在进行“传感器类型”选择的时候，本软件将根据所选的传感器类型，按表5的增益值同时下载到仪表内）。

表5 增益选择表 类型

增益 1151 量程 (金属电容式) CECC 量程 (金属电容式) 3051C 量程 (金属电容式)3051T 量程 (硅电桥式) FCX 量程 (硅电容式) 13U/C 量程 (硅电桥式) 19U/C 量程 (硅电桥式)

b） 自动AD增益调整

对于其他类型传感器或减小量程范围使用时，可选用自动AD增益调整。

自动AD增益调整是根据零位及满量程时的传感器输出测量信号，软件自动计算出合适的AD增益值，并下载。因此此自动调整过程需要施加零位及满量程压力信号。调整的流程如图15所示。

图15 自动AD增益调整流程

5.4.8 报警输出限值设定

通过硬件电路的拨动开关选择高报警或低报警输出，输出电路可设定。具体设定方法是点击菜单“特殊功能”->“报警设置”，将出现图16所示的报警设定界面：

图16 报警输出设置

低报警限值范围是3.6~3.8mA，高报警限制范围是20.2~23mA，设定完成后按“确定”将数据下载到仪表中。

5.4.9 小信号切除功能设定

为了满足部分客户对小信号切除功能的要求，特设定本功能，将实现对零位/量程点的小信号切除，使输出稳定。可设定的小信号切除范围是输出量程（F.S）的0~2%，通过选择菜单“特殊功能”->“小信号切除”，在图17所示的界面中填入设定的切除范围，“确定”即可。

图17 小信号切除设置

附表1 产品型号列表

型号

传感器调理板

部件型号、外形尺寸

数据处理及通信主板

液晶显示板

电源连接板

Sddy-2006-B

_0 (普通 防爆型)

Sddy-2006-B

_S0

Sddy-2006-B

_SI

Sddy-2006-B_P0

Sddy-2006-B_M0

Sddy-2006-B_D0

Sddy-2006

_A (自仪股份

Sddy2006_SA

3351型)

Sddy2006_MA

Sddy2006_DA

Sddy2006_PA

附图 Rosemount 3051菜单树

Rosemount 3051菜单树（续）