探析热工参数控制中的校准方法

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摘要：在现代化工企业的生产过程中，对温度、压力、流量的控制已经渐渐开始使用计算机控制的方式，因为计算机测量仪器是虚拟仪器，所以，如何校准热工参数成为计量检测中遇到的新的挑战。本文主要通过探讨热工参数控制中的校准方法，以供同行参考。

关键词：热工参数；控制；校准方法

前言

基于计算机技术的模拟测量仪器较之传统仪器而言，它的自动化程度较高，功能强大，且价格低廉。虚拟仪器是经济技术飞速发展的产物，采用虚拟仪器技术的测量仪器与传统仪器一样，有一个校正的有效期，所以需要进行定期校正，从而确保测量的准确性。

1、仪器特点

在这个经济快速发展的时代，成本低廉成为虚拟仪器的一大优势，而它更大的优势不仅在于全自动化，而且比传统的测量仪器更灵活，是测量技术与计算机技术完美融合的整体。

1.1 虚拟仪器的特点

虚拟仪器是将现在的计算机技术与应用开发软件及其高性能的模块化硬件相结合的产物。灵活多变的虚拟仪器使系统和仪器能够自定义，它的最大优势就是功能强大。虚拟仪器在满足特定的测试要求的同时满足了广大用户的需求，使普及应用社会化，这就是虚拟日渐代替传统仪器的原因。虚拟仪器的测量特点使其不能直接按照计量检定规程规定的方法进行校准。而其测量途径是：首先是压力这个特殊的信号。先是信号调理模块作用，经过模拟总线到达数据采集模块，这时便发生A/D 转换。在最后在压力测量软件的处理后输出最终数据，以便后期使用。还有个温度信号，在经过温度变送器后便是AM转换。在经过数据采集模块后，温度测量软件将之转换分析，这时显示器便会显示可以转存至硬盘的数据。

这个由软件控制的虚拟仪器，特点在于高性能硬件结合了主流技术和应用软件，这个特点也指明不能用一贯方法校准。

1.2校准热工参数

依照一般的国家统一检定校准规程，热工仪表都按规定的方法校准：JJG75-1995标准铂铑10-铂热电偶检定规程、JIG131-1991电接点玻璃水银温度计检定规程、JJG50-1996石油产品用玻璃液体温度计检定规程等等。

2、测量方法

内部校准、外部校准和传感器校准称为虚拟仪器的三大校准。

2.1软件校准（也称内部校准）

为了确定测量的范围还有测量参数，内部校准是必须在测量物理参数前实行的。不同的软件通常作用于不同的参数校准，因此内部校准测量仪要使用到校准测量软件。方法是用内部校准的板上电压源，使测量软件显示出相应的参数。可以通过使用板上温度传感器及内部校准来完成在操作环境中不同温度的校准。主控机中所插的MIO模块主要负责产生自检信号，这些信号经适配器进入信号调理系统，在自检和管理软件的共同控制下完成整个系统的自检。内部校准中，对位于装置中的分压器和跳线无特殊要求，也没强调使用标准的计量仪器来进行校准。

2.2 转换器校准（也称外部校准）

这种校准方法在外部执行的要求比较高，对仪器而言要求也十分精确。只要一完成外部校准，数据马上就会产生并且被储存器保存起来，这时用户难以得到数据，如此一来就保证了数据的高精确和高完整性。之前有提过温度、压力等特殊的信号，频率、电流、电压则是外部校准的信号。4～20mA电流在一般工业控制中比较普遍。零点常数的标准是4mA点，满度常数标准是20mA点，此类外部校准在E系列采集数据，并实行动态范围和增益的校准。同时，可以按对应的参数计量检定规程校准其它的参数。

2.3传感器校准（也称变送器校准）

外部校准的信号一般是电流、电压和频率信号，某些特殊信号诸如温度、压力、流量信号等计算机不能识别，这时就要依靠传感器（变送器）。只有经过对物理参数的识别系统的检测，数据采集才有可能实现信号调理，这些非数据物理因素才能转换为数据，并可以为之使用。那么我们就从压力和温度两方面来探讨校准：

（1）压力传感器。压力传感器一般分为静压误差、基本误差及回程误差的校准、回程误差的校准。通常我们确定误差的存在并不纠结于误差的值。而我们说的第二个校准首先是等分压力从百分之零到百分之一百，等分为4份设置中间值。在现实过程中记录压力变化的实际值，最后计算误差。基本误差就是公称与实际值之差比上输出值16mA的百分率。最后说到回程误差，在分别将微超过测量数值的最大值输入值放入百分之一百、百分之七十五、百分之五十、百分之二十五、百分之零后，将回程误差（传感器正反输出的实测值的差）记录下来。最后计算回程误差（变送器正、反输出实测值差的绝对值）。

（2）温度传感器。首先是热电偶温度变送器，这需要有电压表、电流表，其中电压表需要有准确的等级数字。有了先决条件后可输入传感器量程范围的电势值，当显示的大小是4mA和 20mA 时，输入量程电势值的等分点，在检查了显示的数据是否在范围内后，按照技术要求和说明书来测试。还有热电阻温度变送器的校准方法，这需要有一台具有准确度标准的电压表，然后是输入传感器量程范围的阻值（4mA和20mA）时，等分电阻值输入后，按照技术要求和说明书来测试。

3、测量不确定度分析

3.1电磁干扰

计算机的测量准确度受到环境的影响。众所周知测量仪器通常安装的环境是在VAI/VME机箱或者是计算机桌面、PXI/CompactPC1机箱，这样的环境会产生很多的变因如电流、电压、电磁等干扰，这些因素都会影响到仪器的准确度。

3.2 测量外部校准的误差（不确定度）

工业过程中产生的准确信号最大准许的误差值士（0.01%Rdg+0.01%FS），这是由校准器的准确度所决定的。

3.3 校准测量传感器的误差（不确定度）

（1）温度标准的误差影响了输入量t，而0.30 ℃是说明书准许的最大不确定度。

（2）压力标准的误差影响了输入量p，而0.05%FS是说明书准许的最大不确定度。

（3）测量TRX-11电流挡的不确定度u（I1）。

（4）评定测量u（I2）的重复性变送器输出电流。

定期的校准是保证虚拟仪器精确度的必须步骤。类似于传统的仪器，基于计算机测量仪器的虚拟测量仪器也需要定期内、外校准。虚拟仪器的整体校准在以上所说的校准基本说明了，让他的测量误差在压力校准，出去内部稳定性后最高有0.08%，通常也有0.3%～0.5%。

通过以上方案的实施，可以解决一些基于热工参数测量仪器的校准问题，解决了一些相关企业“计算机不是计算器具不需要校准、计算机虚拟测量无法校准”的问题，避免了在平时的应用中由于量值不准确和操作失误造成的质量问题，保证了商品的质量。

3.4常见的故障排除

虚拟仪器常见的故障有：数码管不亮、信号无输出、输出不稳、输出信号误差大、信号不能输入等。数码管不亮时，应检查电源输入保险、电源线及电源开关是否良好，确认无误后检查稳压电量输出、显示板引线是否良好。信号无输出时，将量程开关选为5V输出方式，使用万用表测量输出端是否有输出，以确定是调节电路还是输出端故障，输出不稳时，基准电压不变的情况一般是调节电位器接触不良，可以用无水乙醇清洗电阻体和相关触点，基准电压变化的情况应更换调节电位器；输出信号误差大时，用万用表测量输出量程电阻，如果是20mA电流误差大应检查分流电阻，如果是100mV和5V误差大应检查分压电阻、量程开关，如果两者误差都很大，应确认A/D转换器基准电压，将其调整成1V；信号不能输入时，应检查输入保险、分流电阻等。

结束语：

综上所述，虚拟仪器的使用可以解决校准热工参数测量仪器的一些基本问题。产品在保证质量的同时，不但避免了通常操作中产生的操作误差，而且在自动控制的前提下解决了计算机操作人员的种种难题，从而保证了商品的质量。

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