流量变送器耐高温对策

　　0 引言

　　流量变送器在工业现场运行时往往面临各种高温条件的考验，如高温的生产车间、烈日直射的野外环境等都对变送器提出了耐高温性能的要求。因此，流量变送器在出厂之前必须通过 45 ～60 ℃的高温试验[1]。

　　有的厂家使用的数字信号处理芯片( DSP) ，在提高变送器性能的同时增加了系统工作电流和功耗，使得变送器整体温度升高。当这种变送器用于天然气、石油等化工场合时，为满足防爆隔爆的要求，其外壳必须封闭[2]，从而导致变送器系统内部热量无法排出，壳内的核心器件可能会受到本身温升或其他热源的影响而无法工作。在此，结合实际应用中所遇到的高温问题，以数字式科里奥利质量流量变送器为研究对象，分析造成核心芯片死机的原因，并通过大量的温度试验，提出了保证流量变送器在高温下正常运行的措施。

　　1 高温影响分析

　　1. 1 死机原因

　　基于 DSP 的数字式科氏质量流量变送器系统主要由电源转换模块、DSP 最小系统、输入调理与采集电路、输出电路和人机接口五个部分组成[3]。系统调试完成以后，装在具有隔爆功能的表壳中进行温度试验，高温试验的温度要求为 55 ℃。

　　试验使用DGG-9053AD 烘箱，烘箱温度可调节范围为 10 ～ 200 ℃，误差为 ± 1 K。试验时，从变送器内部引出适当的信号至箱体外，并用示波器观察，以确定变送器当前的运行状态。采用精度为1. 5% 的三线制 Pt100 热电阻置于 DSP 表面测量其表面温度，并采用导热良好的硅脂粘连。Pt100 的三根线也引出箱体，外部采用恒流源温度补偿电路对 Pt100的导线电阻进行补偿[4]。

　　试验结果表明，当温度高于 50 ℃ 时，出现了 DSP死机的情况。经过分析，造成 DSP 死机的原因可能有如下两种情况。

　　① 系统中其他集成芯片可能由于受到高温影响而工作异常，产生错误复位信号或中断信号，导致 DSP出现死机[5]。而本系统中没有使用到外部中断，因此，只需考虑复位信号。实际试验发现，当 DSP 死机时，复位芯片仍能正常运行，不会产生有效的造成 DSP 死机的复位信号，所以排除这种情况。

　　② 高温可能使 DSP 芯片本身结温过高，造成内部集成电路工作状态异常而死机。实际造成 DSP 本身温度过高的原因很多，其作用效果往往又是叠加的，主要原因为: 实际应用环境温度过高; DSP 本身高速运行时功耗很大; 实际硬件系统中其他热源的影响; 封闭表壳内部无法通风，产生较大的温升等。变送器表壳封闭试验结果如表 1 所示。常温下，防爆封闭表壳会造成 DSP 10 K 左右的温升; 而当环境温度达到 55 ℃时，DSP 表面温度会逼近其正常运行的温度上限 85 ℃ ，此时可能会造成 DSP 死机。