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高精度温度变送器现场校准方式
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高精度温度变送器现场校准方式

时间:2020-09-21 16:31:45

 摘要: 智能高精度温度变送器由于具有对干扰信号的优异抑制,在化工、能源行业大量应用。但是高精度温度变送器在精度提升的同时,现场校准方式也与早期 DDZ 型温度变送器发生了很大的变化。文章通过探讨高精度温度变送器的温度曲线及智能调整等特点,详细的描述了高精度智能温度变送器在现场校准的方式,给出了两种高精度智能温度变送器的校准方式 - 单点修正和区间修正。Cu0压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
 高精度温度变送器特点
智能/高精度温度变送器在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现,即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用,同时,数字化技术的应用彻底克服了传统温度变送器线性差的缺点。智能/高精度温度变送器与早期的 DDZ 型温度变送器非常大的区别是温度曲线并不是完全固化在变送器电路板上,可以由软件更改,并且取消了 DDZ 型温度变送器的零点/量程调整电位器。故此智能温度变送器的现场调校与 DDZ 型温度变送器有了明显的区别。 
 
2 智能/高精度温度变送器修正值问题
温度变送器现场校准要得到两个数据—校准点的修正值和不确定度。本文仅探讨修正值问题,不探讨不确定度。
 
温度变送器不能通过基准值的定值以做到对校准点的现场修正。此为校准点的准确度问题,压力变送器可通过对基准点的定值做到校准点的准确度 现 场 修 正,例 如 压 力 变 送 器 的 0 点 定 值( 菜单项下 ZERO/SPAN TRIM) 。
 
压力的转换式为: p = F0 + A·ΔF ( 1)式中: p 为压力值,F0 为基准值 ( 基准电感值等电信号) ; A 为系数,ΔF 为电信号变量。可以看出转换公式是线性的,基准值的改变不会影响线性。所以压力变送器可以对基准点定值。这里所说的基准点的定值,本质上也是基准点的迁移。例如在压力变送器通大气压的情况下( 这里假定大气压对应压力 0 点值) ,变送器的压力输出不等于 0 ( 4. 0 mA) ,无论是压力转换隔膜老化还是信号转换元器件老化引起,都可以通过菜单项下的 0 点调整将 0 点定值 ( 菜单项下零点调整) 。其本质是将式 ( 1) 中的 F0 变为了 F1,仅改变直线起点不会改变直线斜率,也就是对 0点的准确度进行修正。因对基准点 ( 可为任意一个点) 的修正不影响整个量程的线性,故此对基准点的定值也是对整个压力变送器量程校准点准确度的修正 ( 不考虑全量程非线性误差的情况) 。温度的转换公式为 ( 以 Pt100 ( 0 ~800) ℃为例) :
 
RT = R0 ( 1 + A·T + B·T2) ( 2)
 
式中: RT 为在温度 T 时的电阻值; R0 为基准电阻值 ( 0 ℃ 时 100 Ω) ; A、B 为系数; T 为温度值。可以看出转换公式是非线性的,基准值的改变影响其余 所 以 点。故温度变送器不可以对基准点( 任一点) 定值。在智能温度变送器的调整菜单中已经没有了零点/量程调整一项。早期的 DDZ 型温度变送器可以调整零点/量程,是以降低精度为代价。因为零点的每一次调整都改变了基准点的位置,进而增加了实际曲线和标准曲线之间的误差。所以,对于智能高精度温度变送器是不能改变基准点数值的,只能通过补偿,修正基准值。
 
 3 温度变送器的单点修正
一体化温度变送器现场应用多用于工艺点的监测,工艺点波动较小,可近似认为单一固定点。所以对温度变送器工艺点的校准,也即是对单一点的修正。其修正方式分为修正值修正和现场变送器量程迁移修正两种。
 
修正值修正即工艺点单一点校准,得出修正值, 在 DCS 软件进行温度修正。例如工艺点为 50 ℃,实际温度变送器输出为 55 ℃ ( 由实际电流值导出,此处为方便说明采用温度值) ,则修正值为 50 ℃ - 55 ℃ = -5 ℃,然后在 DCS 软件设定温度修正即可。具体数值计算可参见表1 迁移量程对比。
迁移量程对比
现场变送器量程迁移则为工艺点单一点校准,得出修正值,依据修正值对温度变送器进行量程迁移。例如工艺点为 50 ℃,实际温度变送器输出为 55 ℃,温度变送器量程0 ~ 100 ℃,则量程迁移5 ℃,变更为 5 ~ 105 ℃ ( 实际迁移以电流值为准,此处方便说明) 。此种方式无需改变 DCS,DCS 控制输入即为工艺点的 50 ℃。
 
温度变送器工艺点工艺单一点波动范围小,即可认为在小范围内线性。一般认为工艺点在正负 2 ℃范围内波动均可应用工艺点单一点校准修正。单点量程迁移亦即单点现场修正,准确度问题只对系统误差有效。精度等级还是由单点数据的离散型决定的,即单点的不确定度。如单点数据离散性好,则单点修正效果好,反之则效果差。
 
 4 温度变送器的区间修正
温度变送器校准点的修正值如应用到变送器的整个量程,从式 2 可以得出—应转换公式非线性,则要满足全量程的修正公式,需足够多的校准点修正值进行拟合。这在整个量程来说拟合曲线的工作量过大,难以实行。一般的做法是选取常用点范围内的100 ℃范围区间,即认为在100 ℃区间范围内线性,近似为理想曲线,以减少计算量。温度变送器的区间修正同单点修正相同,采用修正值修正和现场变送器量程迁移修正两种。
 
修正值修正,在 100 ℃ 区间范围内每隔 10 ℃校准,即得到 11 个修正值,选取修正值中非常大概率中间值或加权平均数作为区间修正值,在 DCS软件进行温度修正。例如数据见表 2( 方便说明仅选取6 组数据) ,则温度修正值为3. 2 ℃或3. 18 ℃。
区间修正值
现场变送器量程迁移修正,在 100 ℃ 区间范围内每隔 10 ℃校准,即得到 11 个修正值,选取修正值中非常大概率中间值或加权平均数作为区间修正值,依据修正值对温度变送器进行量程迁移。区间范围修正是假设温度变送器的修正曲线线性的,其准确度等级相对工艺点单一点修正低。同时量程迁移后,要重新进行校准,以确定迁移后的数据是否满足温度变送器的准确度等级要求。可依据迁移后的数据进行二次迁移。满量程的迁移也是建立在误差为线性的假设上的。如果误差是非线性的,则现场量程迁移效果将不能满足要求。同时由于温度对应曲线的特殊性,这里要使修正范围在满足工艺要求的基础上尽量窄小。以满足在修正量程内温度对应曲线为线性的。 
 
5 总结
JJF 1183 《温度变送器校准规范》有准确度等级要求,这与一般的校准规范有区别。在温度变送器量程迁移后的校准,要参考此准确度等级。同时,以罗斯蒙特644 型温度变送器为例,调整菜单中有,传感器输入调校,变送器 - 传感器匹配,输出调校,输出换算调校。此几项调整也可减少系统误差,增加准确度。实际的温度变送器现场校准和修正,一般是先执行这几项调整,再进行量程的迁移。
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