EJA智能变送器在锅炉汽包水位测量中的应用

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1、EJA智能变送器在锅炉汽包水位测量中的应用高天云图1图2高天云先生，华东电力试验研究院高级工程师。关键词： 差压变送器　汽包水位　测量　谐振梁　低差压　　上海某电厂4台300MW机组的锅炉汽包水位测量原采用某外国公司生产的智能型电容式差压变送器，由于差压变送器长期工作在高静压低压差环境下，自机组投产以来，一直存在着汽包水位测量稳定性差、准确度低、调前合格率低等问题，主要表现为零点漂移、温度漂移及环境温度干扰，尤其是当变送器的信号漂移是一个渐变过程时，在超出限值前信号漂移既很难发觉，又不太容易引起运行人员的注意，而一旦信号漂移累计到一定程度，不仅导致锅炉汽包水位测量的精确度降低，严重时

2、会引起锅炉的不安全事故发生。　　2001年，电厂热控专业经过调研及多方面的比较，最终选定EJA智能型差压变送器(简称EJA)用于锅炉汽包水位的测量，替代原使用的智能型电容式差压变送器。经过近3年的使用，效果非常理想，解决了长期来锅炉汽包水位测量中存在的许多疑难问题。一 EJA组成及工作原理　　EJA是日本横河公司1994年研制开发的，采用单晶硅谐振式传感器，直接输出频率信号，实现了传感器自身就可以消除机械电气干扰、环境温湿度变化、静压与过压等影响。因此，具有优良的温度影响特性、静压影响特性、单向过压特性以及精确度高、量程比宽、可靠性和重复性好等优点。其原理框图如图1所示。1. 膜盒组

3、件　　它由单晶硅谐振式传感器和特性修正存储器组成。　　(1)单晶硅谐振传感器　　在一单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术(MEMS)，分别在其表面的中心和边缘制成两个形状、大小完全一致的H型谐振梁，且处于微型真空腔中，使其既不与充灌液接触，又确保振动时不受空气阻尼的影响。硅谐振梁处于由永久磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成一正反馈回路，让谐振梁在回路中产生振荡。　　当单晶硅片的上下表面受到压力并形成压力差时，硅片将产生变形，中心处受到压缩力，边缘处受到张力，因而使两个H型谐振梁分别感受到不同应变作用，其结果是中心谐振梁因受压缩力而频率减少，边缘谐振梁因受到张力而频率增加，两个频率

4、之差对应不同的压力信号。　　(2)特性修正存储器　　内置的特性修正存储器存储传感器的环境温度、静压及输入/输出特性的修正数据，经CPU运算，可使变送器获得良好的温度特性、静压特性及输入/输出特性。2. 智能电器转换部件　　由单晶硅谐振式传感器上的两个H形的振动梁分别将压力或差压信号转换为频率信号送到计数器，再将两频率之差直接传递到CPU(微处理器)进行数据处理，经D/A转换为与输入信号相对应的4～20mADC输出信号，并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。通过I/O口与外部设备(如手持智能终端以及DCS中的带通信功能的I/O卡)以数字通信方式传递数据，即高频2.

5、4kHz(BRAIN协议)或1.2kHz(HART协议)数字信号叠加在4～20mADC的信号上。在进行通信时，频率信号对4～20mADC的信号不产生任何扰动影响。二 应用情况　　由于锅炉汽包水位测量环境温度变化较大，因此电容式差压变送器需要热控人员定期进行调整来消除温度变化对变送器特性的影响，增加了日常维护保养工作量，且数据误差较大。而EJA采用了对称式单晶硅传感器，两个谐振梁的频率差对应不同差压或压力信号。如果环境温度变化，谐振梁的振荡频率也发生相应变化，在相同状态下，两个谐振梁频率变化的方向及幅度是相同的。因此，计算两个谐振梁频率差时，该变化量相互抵消，从而消除了温度变化的影响。

6、　　变送器的压力取样管路，由于水质不好，经常会造成堵塞，而且管路密封点多，渗漏的可能性增大，从而造成变送器单向过压，会使变送器造成零点飘移，严重的还可能造成变送器的损坏。对于EJA，当有单向压力作用时，接液膜片内侧的硅油向中心膜片移动，硅油传递压力到硅谐振传感器，当压力增大到某一数值时，接液膜片与本体完全接触、贴合在一起，此时外部压力无论如何增加，硅油的压力不会增加。因此，硅谐振传感器受到一定压力后，就不会受到更大压力，有很好的自我保护能力；即使受到一定力的作用，由于单晶硅材料的恢复性能特别好，也能完全恢复而无误差。　　EJA的膜盒受高静压后，零点几乎无变化，具有很好的静压特性。而原

7、变送器受静压后会引起全量程位移，给调校工作增加难度，同时也降低了数据的精确度。EJA加有高静压(工作压力)时，由于两个谐振梁的形状、尺寸完全一致，且处于同一表面，故频率的变化量(减少)是一样的。它们之间相互抵消，输出频率差是不变的。所以，如果给导压管内充满液体，在不加过程压力的状态下，可以进行零点调整。　　由于EJA使用的是单晶硅谐振式传感器，其本身性能优良，很多影响精确度的因素在其内部相互抵消，同时内存储器中的各种补偿及修正数据通过CPU对各种影响因素进