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    高精度溫度變送器現場校準方式
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    高精度溫度變送器現場校準方式

    時間:2020-09-21 16:31:45

     摘要: 智能高精度溫度變送器由于具有對干擾信號的優異抑制,在化工、能源行業大量應用。但是高精度溫度變送器在精度提升的同時,現場校準方式也與早期 DDZ 型溫度變送器發生了很大的變化。文章通過探討高精度溫度變送器的溫度曲線及智能調整等特點,詳細的描述了高精度智能溫度變送器在現場校準的方式,給出了兩種高精度智能溫度變送器的校準方式 - 單點修正和區間修正。Cu0壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

     
     高精度溫度變送器特點
    智能/高精度溫度變送器在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優異表現,即使在大功率變頻控制系統中依然能夠可靠應用,同時,數字化技術的應用徹底克服了傳統溫度變送器線性差的缺點。智能/高精度溫度變送器與早期的 DDZ 型溫度變送器非常大的區別是溫度曲線并不是完全固化在變送器電路板上,可以由軟件更改,并且取消了 DDZ 型溫度變送器的零點/量程調整電位器。故此智能溫度變送器的現場調校與 DDZ 型溫度變送器有了明顯的區別。 
     
    2 智能/高精度溫度變送器修正值問題
    溫度變送器現場校準要得到兩個數據—校準點的修正值和不確定度。本文僅探討修正值問題,不探討不確定度。
     
    溫度變送器不能通過基準值的定值以做到對校準點的現場修正。此為校準點的準確度問題,壓力變送器可通過對基準點的定值做到校準點的準確度 現 場 修 正,例 如 壓 力 變 送 器 的 0 點 定 值( 菜單項下 ZERO/SPAN TRIM) 。
     
    壓力的轉換式為: p = F0 + A·ΔF ( 1)式中: p 為壓力值,F0 為基準值 ( 基準電感值等電信號) ; A 為系數,ΔF 為電信號變量?梢钥闯鲛D換公式是線性的,基準值的改變不會影響線性。所以壓力變送器可以對基準點定值。這里所說的基準點的定值,本質上也是基準點的遷移。例如在壓力變送器通大氣壓的情況下( 這里假定大氣壓對應壓力 0 點值) ,變送器的壓力輸出不等于 0 ( 4. 0 mA) ,無論是壓力轉換隔膜老化還是信號轉換元器件老化引起,都可以通過菜單項下的 0 點調整將 0 點定值 ( 菜單項下零點調整) 。其本質是將式 ( 1) 中的 F0 變為了 F1,僅改變直線起點不會改變直線斜率,也就是對 0點的準確度進行修正。因對基準點 ( 可為任意一個點) 的修正不影響整個量程的線性,故此對基準點的定值也是對整個壓力變送器量程校準點準確度的修正 ( 不考慮全量程非線性誤差的情況) 。溫度的轉換公式為 ( 以 Pt100 ( 0 ~800) ℃為例) :
     
    RT = R0 ( 1 + A·T + B·T2) ( 2)
     
    式中: RT 為在溫度 T 時的電阻值; R0 為基準電阻值 ( 0 ℃ 時 100 Ω) ; A、B 為系數; T 為溫度值?梢钥闯鲛D換公式是非線性的,基準值的改變影響其余 所 以 點。故溫度變送器不可以對基準點( 任一點) 定值。在智能溫度變送器的調整菜單中已經沒有了零點/量程調整一項。早期的 DDZ 型溫度變送器可以調整零點/量程,是以降低精度為代價。因為零點的每一次調整都改變了基準點的位置,進而增加了實際曲線和標準曲線之間的誤差。所以,對于智能高精度溫度變送器是不能改變基準點數值的,只能通過補償,修正基準值。
     
     3 溫度變送器的單點修正
    一體化溫度變送器現場應用多用于工藝點的監測,工藝點波動較小,可近似認為單一固定點。所以對溫度變送器工藝點的校準,也即是對單一點的修正。其修正方式分為修正值修正和現場變送器量程遷移修正兩種。
     
    修正值修正即工藝點單一點校準,得出修正值, 在 DCS 軟件進行溫度修正。例如工藝點為 50 ℃,實際溫度變送器輸出為 55 ℃ ( 由實際電流值導出,此處為方便說明采用溫度值) ,則修正值為 50 ℃ - 55 ℃ = -5 ℃,然后在 DCS 軟件設定溫度修正即可。具體數值計算可參見表1 遷移量程對比。
    遷移量程對比
    現場變送器量程遷移則為工藝點單一點校準,得出修正值,依據修正值對溫度變送器進行量程遷移。例如工藝點為 50 ℃,實際溫度變送器輸出為 55 ℃,溫度變送器量程0 ~ 100 ℃,則量程遷移5 ℃,變更為 5 ~ 105 ℃ ( 實際遷移以電流值為準,此處方便說明) 。此種方式無需改變 DCS,DCS 控制輸入即為工藝點的 50 ℃。
     
    溫度變送器工藝點工藝單一點波動范圍小,即可認為在小范圍內線性。一般認為工藝點在正負 2 ℃范圍內波動均可應用工藝點單一點校準修正。單點量程遷移亦即單點現場修正,準確度問題只對系統誤差有效。精度等級還是由單點數據的離散型決定的,即單點的不確定度。如單點數據離散性好,則單點修正效果好,反之則效果差。
     
     4 溫度變送器的區間修正
    溫度變送器校準點的修正值如應用到變送器的整個量程,從式 2 可以得出—應轉換公式非線性,則要滿足全量程的修正公式,需足夠多的校準點修正值進行擬合。這在整個量程來說擬合曲線的工作量過大,難以實行。一般的做法是選取常用點范圍內的100 ℃范圍區間,即認為在100 ℃區間范圍內線性,近似為理想曲線,以減少計算量。溫度變送器的區間修正同單點修正相同,采用修正值修正和現場變送器量程遷移修正兩種。
     
    修正值修正,在 100 ℃ 區間范圍內每隔 10 ℃校準,即得到 11 個修正值,選取修正值中非常大概率中間值或加權平均數作為區間修正值,在 DCS軟件進行溫度修正。例如數據見表 2( 方便說明僅選取6 組數據) ,則溫度修正值為3. 2 ℃或3. 18 ℃。
    區間修正值
    現場變送器量程遷移修正,在 100 ℃ 區間范圍內每隔 10 ℃校準,即得到 11 個修正值,選取修正值中非常大概率中間值或加權平均數作為區間修正值,依據修正值對溫度變送器進行量程遷移。區間范圍修正是假設溫度變送器的修正曲線線性的,其準確度等級相對工藝點單一點修正低。同時量程遷移后,要重新進行校準,以確定遷移后的數據是否滿足溫度變送器的準確度等級要求?梢罁w移后的數據進行二次遷移。滿量程的遷移也是建立在誤差為線性的假設上的。如果誤差是非線性的,則現場量程遷移效果將不能滿足要求。同時由于溫度對應曲線的特殊性,這里要使修正范圍在滿足工藝要求的基礎上盡量窄小。以滿足在修正量程內溫度對應曲線為線性的。 
     
    5 總結
    JJF 1183 《溫度變送器校準規范》有準確度等級要求,這與一般的校準規范有區別。在溫度變送器量程遷移后的校準,要參考此準確度等級。同時,以羅斯蒙特644 型溫度變送器為例,調整菜單中有,傳感器輸入調校,變送器 - 傳感器匹配,輸出調校,輸出換算調校。此幾項調整也可減少系統誤差,增加準確度。實際的溫度變送器現場校準和修正,一般是先執行這幾項調整,再進行量程的遷移。
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