E+H仪器选型：输出、输入与电源

在确定仪器的防爆等级后，下一步需要选择输出、输入与电源等参数。这些参数直接影响信号传输方式、系统兼容性和供电方案，是选型中的核心环节。

输出类型与通信协议

输出指仪器供电信号传输的连接方式及通信协议。按类型可分为三种：

  • 纯模拟量（0/4...20mA）：用电缆传输电流信号，1路信号只能传1个参数，布线简单但功能少。
  • 总线（Profibus PA/DP）：用1根线连接多个设备，能同时传多个参数，还可远程调参数；其中DP不防爆。
  • 模拟量 + HART：既传参数又能远程调参数或查看故障，兼容老系统。

输出路数中，1x表示1路输出，2x表示2路输出。基本值是核心测量参数，必须传递；附加值则是可选的补充信息。

输入信号类型

输入信号包括以下常见类型：

  • 4-20mA SIL HART：4-20mA模拟量电流信号传输核心测量值；SIL为安全完整性等级认证；HART在4-20mA基础上叠加数字信号，可同时传测量值和设备状态，支持远程校准。
  • 频率信号：以脉冲频率传输数据，适合快速变化的参数，抗干扰能力比模拟量强。
  • 状态输入/输出：状态输出反映设备自身状态；状态输入接收外部开关信号，实现设备与外部系统的联动控制。
  • PROFIBUS PA/DP：PA适合过程自动化，支持防爆区，可连接多个设备，传输多组数据；DP适合工厂自动化，传输速度快，实时性强，不防爆。
  • 有源/无源 Ex-i：有源指设备自身给信号回路供电；无源指信号回路需外部供电，更节能，适合防爆区低功耗场景（Ex-i表示本质安全型，适合防爆区）。

供电方式

供电方式主要有以下三种：

  • 2线制（2-Wire）：使用两根线为仪表供电并传输数据，接线简单，适合本安防爆。
  • 3线制：在2线制基础上加一根电源线，实现供电与传输信号分离。
  • 4线制：两根电源线、两根信号线，实现全双工，但布线成本高。

信号传输方式

信号传输方式包括模拟信号、数字信号及混合信号：

  • 4-20mA模拟信号：用直流电流信号对应测量值，是工业领域的标准模拟信号，最常用。
  • HART协议：在4-20mA模拟信号基础上叠加高频数字信号，实现智能通信。
  • 纯模拟信号：如0-10V DC / 0-5V DC电压信号，布线简单但传输距离短、抗干扰能力差且无智能功能，现已慢慢淘汰。
  • 纯数字信号：如Modbus（RTU/TCP）、PROFINET、Foundation Fieldbus（FF）、EtherNet/IP，可联网控制多个设备，传输速度较快。

电源规格

电源规格需根据现场供电条件选择：

  • 85-260VAC：宽幅交流电，兼容全球多数地区市电（如中国220V、欧洲230V、美国110V），无需区分地区电压。
  • 20-55VAC / 16-62VDC：交直流宽幅兼容，可接低压交流电或低压直流电，适合工业控制柜集中供电场景。

CSA Gen.Purp为符合北美电气安全标准的通用认证。

显示与外壳配置

仪器的显示与外壳配置影响操作便捷性和使用寿命。合理的显示方式能简化调试，而外壳保护则确保仪器在恶劣环境下稳定运行。

显示与操作配置

设备的显示与操作配置丰富多样，可满足不同场景需求：

  • 带本地显示与操作：配备“2行显示屏 + 实体按键”，便于现场直接查看数据和进行参数设置，适用于需现场操作的场景。
  • 无本地显示与操作：无本地显示屏和按键，需借助中控系统或专用软件远程设置参数，适用于安装位置不便现场操作的情况。

显示屏类型

设备显示屏存在多种类型，具体如下：

  • 基础显示类：包括七段字符显示屏（无按键），以及七段字符显示屏（无按键，且支持Bluetooth蓝牙无线连接）。
  • 高级交互类：有图形显示屏（触摸键操作），还有图形显示屏（触摸键操作，且支持Bluetooth蓝牙无线连接）。
  • 特殊适配类：设备也可选择不自带现场显示功能，若有需求，可额外加装显示备件。

彩色显示意味着设备的显示屏具备呈现多种颜色的能力，能更清晰、直观地展示各类信息。

现场包络线显示

包络线作为物位测量仪表的核心技术参数，可反映仪表发射信号与被测介质反射信号的波形，对物位测量的准确性和分析有着重要意义。

交互操作方式

交互操作方式包括：

  • 无按键：设备取消了传统物理按键，采用触摸屏幕、虚拟按键、压力感应、语音控制等方式来实现交互操作，使操作更具科技感与便捷性。
  • 按键配合显示：按键与显示的配合方式多样，包括内部操作按键 + LCD屏、外部操作按键 + LCD屏，以及仅配备内部操作按键的形式，可根据实际需求选择。

盲盖功能

盲盖能够对相关电路起到保护作用，同时可防止误操作，保障设备使用的安全性与稳定性。

显示语言版本

设备支持多种显示语言版本，可根据使用地区灵活选择：

  • WEA：覆盖西欧及全球通用语言，适用于欧洲、拉美等地区。
  • SEA：覆盖东南亚及日语区，适用于日本、印度尼西亚等东南亚国家。
  • EES：覆盖东欧及北欧语言，适用于俄罗斯、波兰、北欧等地区。

传感器应用与选型

传感器是仪器的核心测量部件，其测量类别、材质、量程和标定精度直接影响测量效果。以下介绍传感器相关参数的选择要点。

测量类别：表压与绝压

传感器的测量类别分为两种：

  • 表压：以当地大气压为参考基准，测量得到的被测压力与大气压的差值。
  • 绝压：以绝对真空为参考基准，测量得到的被测系统的实际压力值。

电极材质与膜片

传感器电极材质与膜片材质类似，其中弹头的意思是电极形状为弹头状，可以减少高粘度强腐蚀介质的附着。

其应用分为两种：

  • 标准：压力仪表的传感器直接与被测介质接触，被测介质的压力直接作用于传感器的敏感元件，通过敏感元件的形变转换为电信号或机械位移，最终输出测量值。
  • 隔膜密封：又称隔离式，在压力传感器与被测介质之间增加一个柔性隔离膜片和填充液腔，被测介质通过挤压隔离膜片，将压力传递给填充液，再由填充液将压力传导至传感器敏感元件。

膜片类型

膜片类型主要有以下几种：

  1. 无：温度传感器直接与被测介质接触。
  2. 直接型：温度传感器与“密封隔膜/导热基座”为紧密接触的一体化结构，被测介质的热量通过“介质→密封隔膜→导热基座→传感器”的路径直接传导。
  3. 温度隔离型：通过密封隔膜等部件将传感器与被测介质分隔开，同时保证热量能够有效地传递到传感器上，从而实现准确的温度测量。

传感器量程与标定单位

传感器的量程分为六种情况，用户可根据工作环境选择：

量程范围 压力值
低压 1bar / 100kPa / 15psi
中低压 4bar / 400kPa / 60psi
中压 10bar / 1MPa / 150psi
中高压 40bar / 4MPa / 600psi
高压 100bar / 10MPa / 1500psi
超高压 400bar / 40MPa / 6000psi

传感器的标定单位分为：%（百分比量程）、mbar/bar（毫巴/巴）、kPa/MPa（千帕/兆帕）、mmH₂O/mH₂O（毫米水柱/米水柱）、inH₂O/ftH₂O（英寸水柱/英尺水柱）、psi（磅力每平方英寸）。

电极选择步骤

如果需要选择电极，可按以下步骤进行：

  1. 先看工况是否需要Memosens数字式：强干扰、需频繁换传感器、要远程诊断选数字式；简单工况、无干扰、换传感器不频繁选模拟电极。
  2. 再定pH电极类型：介质干净、需高精度（±0.01pH）选glass电极；介质含颗粒/油污、易碰撞、含氟选ISFET电极。
  3. 然后判断是否需要附加功能：温度波动大、需数据追溯、要故障报警选数字附加或模拟附加；常温、无追溯需求、人工巡检选数字基本或模拟基本。

标定精度与校准溯源

标定精度有0.2%和0.5%两种选择，代表对精度等级的要求。校准溯源包括：

  • 3点校准：在仪表的“低、中、高”三个量程点分别校准，比单点校准更全面，能覆盖整个测量范围的精度。
  • 可追踪ISO/IEC17025：校准过程由符合ISO/IEC17025国际标准的实验室完成，更具权威性和可靠性。
  • 工厂5点/10点标定证书：在5个或10个不同的测量点对设备进行校准，点数越多，通常校准精度把控越细致。
  • 铂金级：可能代表设备达到了更高的精度等级或品质等级，这类设备在测量精度、稳定性等方面表现更优。

膜片材质选择

传感器的膜片材质直接影响耐腐蚀性能，常见材质如下：

材质 特点
316L不锈钢 通用耐腐蚀材质，符合国际标准，能应对多数常规腐蚀环境。
Alloy C276（哈氏合金C276） 高端耐腐蚀材质，专为强腐蚀场景打造，可耐受强酸、强碱等严苛腐蚀介质。
蒙乃尔（Monel/Alloy400） 具备良好的耐腐蚀性能，适用于多种腐蚀性介质环境。
钽（Ta） 银白色金属元素，拥有优异的耐腐蚀能力，能抵御多种强腐蚀介质。
双相不锈钢 耐腐蚀性能接近316L不锈钢，同时兼具一定的强度优势。
特级双相不锈钢 在耐腐蚀性和强度方面，均优于常规双相不锈钢（如1.4462型号）。
904L超级奥氏体不锈钢 含镍量高（23-28%），耐腐蚀性极佳，适用于强腐蚀工况。
纯镍 对强碱（如浓氢氧化钠）有良好的耐蚀性。
纯钛 可耐受海水、氯气以及稀酸（如稀盐酸）等介质的腐蚀。

镀层膜片的耐腐蚀及性能表现从优到劣依次为：铑（Rhodium）＞金（Gold）＞哈氏合金C（Alloy C）。

带温度适配的隔膜密封配置（TempC）

TempC代表温度兼容性，即该隔膜密封单元通过温度补偿设计，或选用耐温材质、填充液，能在特定温度范围内稳定工作，避免出现损坏情况。根据填充液的不同，常见温度范围分为：

  • 常温型：-20℃~80℃
  • 中温型：-50℃~200℃
  • 高温型：200℃~400℃

隔膜密封的核心功能是隔离被测介质与传感器。采用316L材质并结合TempC设计的隔膜密封，可确保在中等腐蚀且处于特定温度的工况下，隔膜片不会被腐蚀，填充液也不会凝固或汽化，从而保证压力传递的准确性。

以上参数涉及仪器工作运行的各个方面，可根据实际工况和需求进行对应选择。