摘要: 智能高精度溫度變送器由于具有對(duì)干擾信號(hào)的優(yōu)異抑制，在化工、能源行業(yè)大量應(yīng)用。但是高精度溫度變送器在精度提升的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方式也與早期 DDZ 型溫度變送器發(fā)生了很大的變化。文章通過(guò)探討高精度溫度變送器的溫度曲線及智能調(diào)整等特點(diǎn)，詳細(xì)的描述了高精度智能溫度變送器在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的方式，給出了兩種高精度智能溫度變送器的校準(zhǔn)方式 － 單點(diǎn)修正和區(qū)間修正。
高精度溫度變送器特點(diǎn)
智能/高精度溫度變送器在對(duì)高、低頻干擾信號(hào)的抑制方面均有著優(yōu)異表現(xiàn)，即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中依然能夠可靠應(yīng)用，同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用徹底克服了傳統(tǒng)溫度變送器線性差的缺點(diǎn)。智能/高精度溫度變送器與早期的 DDZ 型溫度變送器#大的區(qū)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(diǎn)/量程調(diào)整電位器。故此智能溫度變送器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校與 DDZ 型溫度變送器有了明顯的區(qū)別。
2 智能/高精度溫度變送器修正值問(wèn)題
溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)要得到兩個(gè)數(shù)據(jù)—校準(zhǔn)點(diǎn)的修正值和不確定度。本文僅探討修正值問(wèn)題，不探討不確定度。
溫度變送器不能通過(guò)基準(zhǔn)值的定值以做到對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)修正。此為校準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確度問(wèn)題，壓力變送器可通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的定值做到校準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確度 現(xiàn) 場(chǎng) 修 正，例 如 壓 力 變 送 器 的 0 點(diǎn) 定 值( 菜單項(xiàng)下 ZEＲO/SPAN TＲIM) 。
壓力的轉(zhuǎn)換式為: p = F0 + A·ΔF ( 1)式中: p 為壓力值，F(xiàn)0 為基準(zhǔn)值 ( 基準(zhǔn)電感值等電信號(hào)) ; A 為系數(shù)，ΔF 為電信號(hào)變量。可以看出轉(zhuǎn)換公式是線性的，基準(zhǔn)值的改變不會(huì)影響線性。所以壓力變送器可以對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)定值。這里所說(shuō)的基準(zhǔn)點(diǎn)的定值，本質(zhì)上也是基準(zhǔn)點(diǎn)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(duì)應(yīng)壓力 0 點(diǎn)值) ，變送器的壓力輸出不等于 0 ( 4. 0 mA) ，無(wú)論是壓力轉(zhuǎn)換隔膜老化還是信號(hào)轉(zhuǎn)換元器件老化引起，都可以通過(guò)菜單項(xiàng)下的 0 點(diǎn)調(diào)整將 0 點(diǎn)定值 ( 菜單項(xiàng)下零點(diǎn)調(diào)整) 。其本質(zhì)是將式 ( 1) 中的 F0 變?yōu)榱?F1，僅改變直線起點(diǎn)不會(huì)改變直線斜率，也就是對(duì) 0點(diǎn)的準(zhǔn)確度進(jìn)行修正。因?qū)鶞?zhǔn)點(diǎn) ( 可為任意一個(gè)點(diǎn)) 的修正不影響整個(gè)量程的線性，故此對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的定值也是對(duì)整個(gè)壓力變送器量程校準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確度的修正 ( 不考慮全量程非線性誤差的情況) 。溫度的轉(zhuǎn)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(shí)的電阻值; Ｒ0 為基準(zhǔn)電阻值 ( 0 ℃ 時(shí) 100 Ω) ; A、B 為系數(shù); T 為溫度值。可以看出轉(zhuǎn)換公式是非線性的，基準(zhǔn)值的改變影響其余 所 以 點(diǎn)。故溫度變送器不可以對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)( 任一點(diǎn)) 定值。在智能溫度變送器的調(diào)整菜單中已經(jīng)沒(méi)有了零點(diǎn)/量程調(diào)整一項(xiàng)。早期的 DDZ 型溫度變送器可以調(diào)整零點(diǎn)/量程，是以降低精度為代價(jià)。因?yàn)榱泓c(diǎn)的每一次調(diào)整都改變了基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，進(jìn)而增加了實(shí)際曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線之間的誤差。所以，對(duì)于智能高精度溫度變送器是不能改變基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)值的，只能通過(guò)補(bǔ)償，修正基準(zhǔn)值。
3 溫度變送器的單點(diǎn)修正
一體化溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多用于工藝點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，工藝點(diǎn)波動(dòng)較小，可近似認(rèn)為單一固定點(diǎn)。所以對(duì)溫度變送器工藝點(diǎn)的校準(zhǔn)，也即是對(duì)單一點(diǎn)的修正。其修正方式分為修正值修正和現(xiàn)場(chǎng)變送器量程遷移修正兩種。
修正值修正即工藝點(diǎn)單一點(diǎn)校準(zhǔn)，得出修正值， 在 DCS 軟件進(jìn)行溫度修正。例如工藝點(diǎn)為 50 ℃，實(shí)際溫度變送器輸出為 55 ℃ ( 由實(shí)際電流值導(dǎo)出，此處為方便說(shuō)明采用溫度值) ，則修正值為 50 ℃ － 55 ℃ = －5 ℃，然后在 DCS 軟件設(shè)定溫度修正即可。具體數(shù)值計(jì)算可參見(jiàn)表1 遷移量程對(duì)比。
現(xiàn)場(chǎng)變送器量程遷移則為工藝點(diǎn)單一點(diǎn)校準(zhǔn)，得出修正值，依據(jù)修正值對(duì)溫度變送器進(jìn)行量程遷移。例如工藝點(diǎn)為 50 ℃，實(shí)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(shí)際遷移以電流值為準(zhǔn)，此處方便說(shuō)明) 。此種方式wuxu改變 DCS，DCS 控制輸入即為工藝點(diǎn)的 50 ℃。
溫度變送器工藝點(diǎn)工藝單一點(diǎn)波動(dòng)范圍小，即可認(rèn)為在小范圍內(nèi)線性。一般認(rèn)為工藝點(diǎn)在正負(fù) 2 ℃范圍內(nèi)波動(dòng)均可應(yīng)用工藝點(diǎn)單一點(diǎn)校準(zhǔn)修正。單點(diǎn)量程遷移亦即單點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)修正，準(zhǔn)確度問(wèn)題只對(duì)系統(tǒng)誤差有效。精度等級(jí)還是由單點(diǎn)數(shù)據(jù)的離散型決定的，即單點(diǎn)的不確定度。如單點(diǎn)數(shù)據(jù)離散性好，則單點(diǎn)修正效果好，反之則效果差。
4 溫度變送器的區(qū)間修正
溫度變送器校準(zhǔn)點(diǎn)的修正值如應(yīng)用到變送器的整個(gè)量程，從式 2 可以得出—應(yīng)轉(zhuǎn)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(zhǔn)點(diǎn)修正值進(jìn)行擬合。這在整個(gè)量程來(lái)說(shuō)擬合曲線的工作量過(guò)大，難以實(shí)行。一般的做法是選取常用點(diǎn)范圍內(nèi)的100 ℃范圍區(qū)間，即認(rèn)為在100 ℃區(qū)間范圍內(nèi)線性，近似為理想曲線，以減少計(jì)算量。溫度變送器的區(qū)間修正同單點(diǎn)修正相同，采用修正值修正和現(xiàn)場(chǎng)變送器量程遷移修正兩種。
修正值修正，在 100 ℃ 區(qū)間范圍內(nèi)每隔 10 ℃校準(zhǔn)，即得到 11 個(gè)修正值，選取修正值中#大概率中間值或加權(quán)平均數(shù)作為區(qū)間修正值，在 DCS軟件進(jìn)行溫度修正。例如數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2( 方便說(shuō)明僅選取6 組數(shù)據(jù)) ，則溫度修正值為3. 2 ℃或3. 18 ℃。
現(xiàn)場(chǎng)變送器量程遷移修正，在 100 ℃ 區(qū)間范圍內(nèi)每隔 10 ℃校準(zhǔn)，即得到 11 個(gè)修正值，選取修正值中#大概率中間值或加權(quán)平均數(shù)作為區(qū)間修正值，依據(jù)修正值對(duì)溫度變送器進(jìn)行量程遷移。區(qū)間范圍修正是假設(shè)溫度變送器的修正曲線線性的，其準(zhǔn)確度等級(jí)相對(duì)工藝點(diǎn)單一點(diǎn)修正低。同時(shí)量程遷移后，要重新進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定遷移后的數(shù)據(jù)是否滿足溫度變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)要求�？梢罁�(jù)遷移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次遷移。滿量程的遷移也是建立在誤差為線性的假設(shè)上的。如果誤差是非線性的，則現(xiàn)場(chǎng)量程遷移效果將不能滿足要求。同時(shí)由于溫度對(duì)應(yīng)曲線的特殊性，這里要使修正范圍在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上盡量窄小。以滿足在修正量程內(nèi)溫度對(duì)應(yīng)曲線為線性的。
5 總結(jié)
JJF 1183 《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》有準(zhǔn)確度等級(jí)要求，這與一般的校準(zhǔn)規(guī)范有區(qū)別。在溫度變送器量程遷移后的校準(zhǔn)，要參考此準(zhǔn)確度等級(jí)。同時(shí)，以羅斯蒙特644 型溫度變送器為例，調(diào)整菜單中有，傳感器輸入調(diào)校，變送器 － 傳感器匹配，輸出調(diào)校，輸出換算調(diào)校。此幾項(xiàng)調(diào)整也可減少系統(tǒng)誤差，增加準(zhǔn)確度。實(shí)際的溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和修正，一般是先執(zhí)行這幾項(xiàng)調(diào)整，再進(jìn)行量程的遷移。
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