本项目依托引进的德国西门子智能变送器核心部件(传感器和转换电路)和制造设备，结合企业现有的仪表制造手段和能力，自主完成远传型法兰智能变送器的设计制造，使整机的各项性能指标达到SIEMENS法兰变送器的同等水平，解决该类产品系列化配套问题，使我厂的仪表制造能力得到提升。
摘 要 从DSIII智能变送器法兰型机种的结构和功能入手，研究其主要内容、关键技术以及主要品种规格及技术指标。通过自主研发，实现了DSⅢ型智能变送器法兰型机种的本地化生产，缩短产品的生产制造周期，降低生产成本，提高了产品的利润率和市场竞争力。
关键词 机械工程论文,DSIII智能变送器,法兰型机种,研究,关键技术,本地化生产
DSⅢ系列智能变送器由压力、差压、流量、单法兰远传压力、双法兰远传差压、液位六个品种组成，用于测量各种流体的压力、差压、流量、液位等工业过程控制参数，广泛应用于石油化工、冶金、医药、轻工、电力等行业。DSIII智能变送器法兰型机种，是在差压、压力变送器基础上扩展的品种，即在压力、差压品种基础上，通过隔膜法兰引压，充有硅油的毛细管传递压力，实现介质温度高、粘度高、腐蚀性强等特殊工艺条件下，压力信号远距离的测量。
1 主要研究内容、关键技术
1.1 主要研究内容
1)进行平面式单法兰(公称直径DN50、DN80、DN100)压力变送器、平面式双法兰差压变送器、平面式单法兰液位变送器、插入式单法兰压力变送器、插入式双法兰差压变送器、插入式单法兰液位变送器六大机种十八个品种的结构设计。
2)满足现场使用条件要求及制造过程的工艺参数设计。
3)工艺及工装夹具设计开发。
4)产品标准的研究与制定。
5)改造静压测试设备、充灌设备、焊接设备、数控加工机床，以满足该产品的试制和特性检测。
6)仪表用材料选择及波纹法兰的数控加工。
7)通过对高温、普通、低温充灌硅油特性的研究，完成对硅油品种的优化选择，完成充灌量的计算与确定。
1.2 关键技术
1.2.1 结构设计
根据法兰变送器工作原理，设计由隔离膜片、波纹法兰、毛细管、远传连接盖、连接口、硅油充灌工艺孔等零件组成的远传测量部件，以满足现场测量工艺要求，保证仪表的精度误差、单向(静压)误差、温度附加误差等指标符合SIEMENS仪表的各项技术指标。
1.2.2 波纹法兰设计及数控加工
波纹法兰是组成法兰变送器的关键零件之一，整机装配时要与隔离膜片进行组焊。主要设计DN50、DN80和DN100三种规格波纹法兰的外形尺寸、焊接坡口、波纹形状与尺寸以及硅油充灌工艺孔，使其分别与F48 mm×0.04 mm、F73 mm×0.06 mm、F96 mm×0.08 mm的超薄膜片实现焊接，满足气密性和抗压强度试验的指标要求。为提高零件的可焊接性，波纹法兰材料选用不锈钢0Cr17Ni12Mo2。
波纹法兰加工难度较大，精度要求高，公差范围只有几丝，波纹表面形状复杂，由半径为1.59 mm的圆弧面光滑过渡连接而成。普通机床难以实现对该零件的加工，我们通过数控车床加工来完成。根据零件加工技术要求，结合单位现有设备，考虑到数控机床使用合理性和经济性，在TND360数控车床上编制程序来进行加工。
1.2.3 超薄膜片激光焊接工艺
通过试焊发现，这种高能束流焊接，对于膜片和基体法兰之间的装配间隙要求非常严格，如果两者之间的间隙过大会影响两者之间的充分熔合，这样会产生未熔合的焊接缺陷。同时焊缝内侧在受热后很容易发生波浪变形，从而导致烧穿缺陷的产生。综合以上试验结果，设计相应的焊接夹具以消除以上不良因素。要求焊接夹具必须能快速吸收焊接多余热量，帮助焊缝散热，抑制波浪变形的产生，同时具备一定的重量以消除膜片与基体法兰之间的装配间隙，使之紧密贴合，利于熔合。鉴于以上，设计了一个能满足要求的压块，同时还配套设计一个半圆定位环，用于膜片和压块的定位。
根据理论分析并结合激光焊机设备的工作状态，确定了 “电压”、“脉宽”、“离焦量”、“转速”四项关键工艺参数。鉴于设备硬件能力选定频率为15Hz。对于其他四项参数的确定，根据以往焊接经验和前期焊接试验，基本确定了一个基础参数，然后采用正交试验法来选取最佳参数值。
1.2.4 充灌及充灌量
充灌硅油通过专用设备在真空状态下对其进行高温加热、脱气，系统的真空度1Pa abs以上，主要克服硅油中气相、水分存在，以保证远传毛细管内用于信号传递的硅油不含任何微小的气泡，确保仪表温度、精度等特性指标，否则会造成仪表的零点漂移。
硅油充灌量主要通过计算和试验，确定毛细管内径、膜下容量。硅油充灌量的大小决定了信号能否准确测量：过量将造成温度附加误差、单向、静压等误差的增大，量少信号则无法传递。它是决定整机性能的关键因素。
2 主要品种规格及技术指标
1)单法兰远传智能压力变送器(7MF4900系列)、双法兰远传智能差压变送器(7MF4903系列)、智能液位变送器(7MF4912系列)。
2)测量范围：
法兰远传智能压力变送器(7MF4900系列)：0.01～160bar;
法兰远传智能差压变送器(7MF4903系列)：1mbar～30bar;
法兰远传智能液位变送器(7MF4912系列)：25mbar～5bar。
3)2"(f48)、3"(f73)、4"(f96)隔离膜片。
4)结构形式：平面式、对夹式、插入式、直接安装式。 5)远传法兰长度：1 m、1.5 m、3 m、4 m、5 m、6 m、8 m、10 m。
6)法兰插入深度：50 mm、 100 mm、150 mm、200mm。
7)充灌介质：普通硅油、寒冷地区用硅油、高温硅油。
8)膜片材料：SUS316L。
9)主要技术指标：
①精度：
A、7MF4900系列：≤(0.005r+0.05)%;
B、7MF4903系列：≤(0.005r+0.05)%;
C、7MF4912系列：≤(0.0075r+0.075)%。
②环境温度影响：
A、7MF4900、7MF4903系列：
dp=(tRs- tcal).fRs+( tcap- tcal).Icap.fcap+( tTR- tcal).fPF
dp：温度附加误差;
tRs：远传密封膜片的温度;
tcal：参比温度(20℃);
fRs：远传密封的温度误差;
tcap：毛细管的环境温度;
Icap：毛细管的长度;
fcap：毛细管的温度误差;
tTR：变送器的环境温度;
fPF：硅油的温度误差;
B、7MF4912系列：
在-10～60℃：≤(0.5r+0.2)%;
在-40～-10℃和在60～85℃：≤(0.25r+0.15)%/10K。
③静压影响：
A、7MF4903系列：对零点影响：≤0.15r%/32bar;
对量程点影响：≤0.2%/32bar;
B、7MF4912系列：对零点影响：≤0.3%/每公称压力(PN);
对量程点影响：≤0.1r%/每公称压力(PN)长期漂移：≤0.1%/年;
r：量程比
符合SIEMENS法兰变送器产品各项指标。
3 效果
该项目重点解决了压力信号的远距离传送测量及精度指标、温度指标、静压指标的实现。通过自主研发，完成DSⅢ型智能变送器法兰型机种的系列化，实现本地化生产，缩短产品的生产制造周期，降低生产成本，提高产品的利润率和市场竞争力。
参考文献
[1]朱炳兴.变送器选用与维护[M].北京：化学工业出版社，2001.
[2]乐嘉谦.仪表工手册[M].北京：化学工业出版社，2003.
