热电阻及其数字显示仪表的现场校准

发布时间:2024-09-09     浏览次数:
[摘要]工业场所使用数字显示仪表监控热电阻温度信息,应通过现场校准保证仪表达到量值溯源要求。结合新建机组调试实例,围绕热电阻及其数字显示仪表校准需求,根据相关规范明确了温控系统现场校准使用的装置,从系统整体校准和仪表单独校准两方面提出了现场校准技术,通过分析校准结果判断系统测温、控温正确性,指导热电阻及其数字显示仪表安装调整,确保热力系统运行状态符合要求。
1热电阻及其数字显示仪表校准需求
  某新建机组配备的多种主机、辅机系统具备调温、监视、协调控制等功能。各系统中温控系统主要由热电阻、温度变送器、温度表、热电偶、DCS控制柜、.数字显示仪表等多个部分构成。在现场完成各种热控设备安装前,按照要求需完成设备校准,保证系统能够正常运行。如某空冷发电机空冷系统热电阻用于冷却水调门开度调节,应得到精准控制,防止发电机内部温度过高。将热电阻直接连接数字显示仪表,对热电阻的阻值进行测量,利用电平完成信号放大、非线性校正和A/D转换后,可以数字、图形方式直观显示测量温度"。根据JJF1664--2017《温度显示仪表校准规范》要求可知,温度仪表最大允许误差应达到量程的±α%,按照准确度等级具体划分为0.1级、0.2级、0.5级和1.0级,分辨力达到0.1℃。使用数字显示仪表测量温度,要求达到较高测量精度,通常为1.0级。系统采用热电阻以Pt100为主,根据需求对热电阻及其数字显示仪表进行校准,首先应完成安全性检查,确定为绝缘电阻后,完成仪表示值和输入标准值的差值计算,即仪表示值误差。
2热电阻及其数字显示仪表现场校准技术
2.1校准装置
  在温度仪表校准方面,主要需要与标准设备比较,因此需提前准备好校准用的温度传感器、校准仪表和连接导线,确保可以形成稳定、误差已知的温控系统。校准用的温度传感器示值误差应达到0.4%读数要求,.与测温端间的距离不超76mm,并确认安装位置、方向等固定,确保多次测量获得的校准数据具有较强的可比性。选用Pt100型热电阻作为校准用传感器,标准不确定度为0.05℃,输出温度范围在-80~400℃,确认使用的补偿导线与仪表相同。现场使用测温仪准确度达到±0.0025%,分辨率达0.001℃,可测量被校准热电阻输出。校准仪表采用标准铂电阻温度计,示值误差同样达到0.4%读数误差要求,同时要求具有较高分辨力和环境适应能力,避免校准结果受环境过多影响。在仪表校准过程中,需配备计算机软件记录测量数据,实现自动化校准。将测温端和仪表与计算机RS--232接口连接,能够通过软件自动采集、处理和存储数据。
2.2校准方法
  在仪表校准方面,需在各校准点下完成电信号输出,对标准模拟传感器的电信号进行测量,与校准仪表读数比较,分析得到仪表示值误差。考虑到热电阻为绝对信号量,测量端不会产生热电势,所以无需考虑温度补偿问题。在现场校准过程中,需先完成热电阻及其仪表的整体校准,然后完成温控仪表单独校准。
2.2.1整体校准
  热电阻属于绝对量信号,校准操作相对简单。首先应检查确认热电阻外观良好,传感器连接无松动,工作温度范围和精度等级与校准仪器匹配,周围环境温度稳定且无干扰外部热源。在安全性检查中,考虑到热电阻及仪表使用24V直流电源,应使用万能表完成仪表金,属外壳与输入端子、接地端子、电源端子间的绝缘电阻测量。连线测量过程中,应稳定5s后读数,确定测得电阻至少达到20MΩ。将热电阻连接至校准仪表后,启动温度校准模式,做好温度源选择后,设定温度值。在仪表达到稳定状态后,读取并记录仪表显示温度值,使用校准证书记录热电阻实际温度值和校准仪表显示数值。采用校准用的温控系统自动校准热电阻,需提前打开电源开关预热,时间至少达到15min,可通过软件录入被校准热电阻型号、现场热源等信息,并做好校准温度点设置。确认数字显示仪表可以正常显示信息后,在热电阻温度上限、下限范围内设置至少3个校准点开展测试,根据多次测量平均值计算示值误差。
  对由温度传感器和显示仪表构成的温控系统的总体修正值展开分析,即标准仪表和待校准仪表的示值之差,方法如图1所示。考虑到设备自身拥有一定温度场,一旦温度波动过大将给测温传感器带来干扰,需配备均温块构造恒温场。在温控系统中,不同部件间存在信号传递误差,在无法轻松拆下原本温度传感器的情况下,需完成系统整体校准。测量结果不确定度主要来自恒温场温度波动度,同时包含仪表修正值、热电阻修正值和校准系统重复性等。在工业车间现场对温控系统进行校准,考虑到环境温度无法达到稳定状态要求,标准温度校准仪将获得内部补偿,给最终示值结果带来影响,需将补偿导线直接连接校准和被校准仪表两端,使仪表连接热电阻测量环境箱内温度变化。将温度设定为从20℃逐步升温至40℃,然后迅速降温至20℃,确定环境温度发生变化4h时校准结果变化不超0.2℃。使用校准证书记录热电阻实际温度值和校准仪表显示值,发现偏差根据仪表功能调整,确保热电阻调温精度符合工业生产要求。.
 
2.2.2单独校准
  单独校准数字显示仪表,可知仪表用于高温测量,需要将接收到的传感器信号转换为数字温度读数,要求校准后量值能溯源至国家乃至国际标准。仪表输入和输出值均为温度,现场测试最大允许误差不超±0.6℃或读数的±0.1%。将示值误差当成是仪表校准关键指标,应将温度上限和下限当成是校准点,并在其中至少设置3个混匀分布点。仪表搭配Pt-100热电阻使用,最大允许误差为±1.0%FS,分辨率达到0.1℃。根据工业生产需求,使用三线制连接仪表,内部电桥电路连接导线线阻,达到消除信号干扰的目的。在3根信号线中,将两根短接,其中一根为中间连接线。考虑到热电阻无正负极的分别,可根据仪表显示正负值判断接线是否正确。连接导线选用长度相同的铜导线,将其中两根连接在标准仪表的共用测量端,连接线电阻测量后确定阻值偏差不超1%。
  单独完成温控表校准,应直接完成仪表输入和输出值测量,并通过比较法完成温度传感器和补偿导线测量。具体来讲,就是将仪表从热力系统拆下,将导线和测温元件送至计量部门检定后,利用标准直流电压源向温控表输入标准信号,将显示结果与标准值比较,分析得到仪表修正值。实际应用该技术,根据原热电阻型号查询温度和电阻的对照表,然后使用模拟电阻输入电压。此时,为避免仪表和校准仪输出电压产生相互干扰,禁止使用校准仪模拟热电阻功能,而.是使用标准器完成热电阻功能模拟。按照仪表使用规范要求,设置0℃、100℃、200℃、300℃、400℃共计5个校准点,可知热电阻标准值将随着温度变化而变化。根据90温标查找校准点对应电势值,可使用计算机设定好热电阻标准值,选择对应温度点输出结果,记录待校准仪表示值。考虑到仪表本身温度补偿不准,需现场完成温度补偿端校准,以免引入过多误差。每次测量过程中,取两次读数的平均值作为结果,在仪表分辨率误差达到0.1℃的情况下,测量结果末位取值小数点后一位。使用的校准器的测温端带有温度补偿装置,利用冰点器根据校准器输出温度和仪表示值计算,无法对自带补偿温度修正值进行校准,导致测量结果不确定度增加。因此现场校准过程中,应校准补偿温度,利用恒温箱测量校准器补偿温度和测量温度,根据二者差值确定补偿温度修正值,换算为相应温度电势值,达到提高仪表校准结果精度的目标。
2.3校准结果
2.3.1温控系统校准误差
  从整体校准结果来看,环境温度变化给校准结果影响可以按照正态分布取值,在k=2.58时,现场温度变化引入的不确定度为u(t环)=0.2/2.58=0.078℃。建立测量模型展开分析,能够得到式(1):
 
  式中,td为被校仪表读数平均值,ts为标准器设定输出,te为补偿导线修正值。
  表1为各不确定度分量,求取各分量加权平均和,能够合成得到标准不确定度在0.18~0.35℃。分析扩展标准不确定度,可知在K=2的情况下U=2u(△t),最终取值在0.4~0.7℃。由于校准不确定度和仪表最大允许误差间不超1/3,因此温控系统可以达到整体校准要求。
 
2.3.2显示仪表校准误差.
  单独完成数字显示仪表校准,可知仪表补偿温度修正值为-0.18℃,补偿温度显示值为29.82℃。在温度场波动度达到±0.02℃的条件下,k取值为2,分析得到仪表校准结果扩展不确定度为0.12℃。对工业仪表进行校准,应建立稳定的校准系统,避免系统本身存在过大偏差。所以在校准仪表之前,需完成系统修正,通过调整系统输入值消除这些偏差。在相对恶劣的环境温度条件下,采用整体校准法通常无法保证仪表设备测量准确度,容易导致控温系统测量误差增加,.因此需单独校准数字显示仪表,减少硬件条件引入的误差。在环境温度稳定的状态下,使用校准仪表分别对热电阻配套仪表和校准用仪表读数进行测量,确定二者差值不超热电阻调温最大允许误差要求,能够证明仪表示值符合要求。确定仪表示值通过校准后,发现温控系统整体示值误差超出规定,需做好系统时间比例、PID参数等温度控制参数调整,确认是否存在热电阻等温度传感器安装位置偏离设计、锅炉结构改变等问题。通过逐一排查问题,做好整个温控系统状态调整,能够使工艺温度得到有效控制。
3结束语
  使用热电阻及数字显示仪表建立控温系统,需确保仪表测量达到较精度高要求,确保配套工艺设备维持稳定运行。现场开展系统校准工作,应结合系统结构和现场条件展开分析,在仪表难拆卸情况下借助校准仪表和计算机系统实施整体校准,根据各部分修正值求得系统修正值,确认校准结果不超最大允许误差要求,且结果不确定度符合要求。在现场环境恶劣的情况下,可单独校准数字显示仪表,做好各项控制参数调整,最终使测温系统达到国家计量标准要求。
 
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