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| 壓力變送器檢定規程與校準的3種方法解析 | |||
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隨著現代化工業水平的逐步提高，企業對工業過程測量的準確度要求也越來越高，壓力變送器作為現場壓力測量的主要儀器設備被廣泛應用。壓力變送器與數據采集器、信號處理系統和終端顯示等單元一起構成現場壓力測量系統(見圖1)。壓力變送器的輸出信號(信號可以是電壓(V)、電流(mA)、頻率(Hz)等模擬信號或數字信號)經數據采集器和信號處理等環節，在顯示終端顯示壓力測量結果。
圖1現場壓力測量系統
由于工藝參數測量以及安裝部位的重要性要求，并結合使用過程中工況環境和使用環境對壓力變送器等儀器設備計量性能的影響，因此對于新安裝和經過一段時間使用的壓力變送器，甚至整個壓力測量系統的計量性能，需要進行校準，確保其計量性能符合生產過程的工藝要求。
本文從現場安裝壓力變送器的類型(輸出為模擬信號或數字信號)、屬于新安裝的還是使用中的、并結合現場工作的實際情況和使用單位的特殊要求，對現場安裝的壓力變送器進行計量校準提出3種校準方法。
二、校準方法
方法一:只對壓力變送器進行校準
依據JJG882-2004《壓力變送器》檢定規程的要求，對壓力變送器的計量性能進行校準。方法適用于以下兩種情況:
(1)被校準壓力變送器輸出為數字信號(智能壓力變送器)。因其輸出為數字信號，故其構成的整個壓力測量系統中沒有數據采集器，其信號直接經過顯示單元進行顯示，后續信號傳遞、轉換過程中不產生系統誤差。
(2)被校準壓力變送器屬于檢定、校準周期內的臨時校準。當根據現場實際情況(例如做重大實驗項目前)需要對壓力變送器進行校準時，數據采集器因未到校準周期可不進行，而只對壓力變送器進行臨時校準。
方法二:對壓力變送器及數據采集器等分立元件分別進行校準
對壓力變送器及數據采集器分別進行校準。其中數據采集器計量性能的校準依據JJF1048-1995《數據采集系統校準規范》進行。方法適用于以下兩種情況:
(1)由壓力變送器、數據采集器及顯示單元組成的整個壓力測量系統屬于周期檢定或校準時，對每一組成部分分別進行校準。
(2)當整個壓力測量系統的誤差超過允許誤差時，應對每一部分進行校準，找出超差的原因，經調修后再進行校準。
方法三:對整個壓力測量系統進行系統校準
依據JJG875-2005《數字壓力計》檢定規程的要求，對壓力測量系統的計量性能進行校準。系統校準方法是將現場壓力測量系統看作一個整體(類似于一臺數字壓力計)，即在壓力變送器的輸入端輸入標準壓力信號，將圖2中虛框內的部分作為一個黑匣子，不考慮壓力變送器輸出電信號的轉換及處理過程，在顯示終端讀取壓力測量系統示值。方法適用于以下兩種情況:
圖2壓力測量系統校準原理圖
(1)需要得到整個壓力測量系統的準確度。
(2)現場環境或條件不利于測量系統的拆卸、不能長時間停產進行各部分的校準。
三、實例分析
第一汽車集團公司技術中心發動機試驗室是對新研制的發動機進行試驗，用于發動機試驗的系統上安裝了大量的壓力變送器，為了得到準確的實驗數據，在進行實驗前需要對整個壓力測量系統進行校準，企業要求在盡可能短的時間內完成校準，并希望得到直觀的系統誤差，以分析是否滿足實驗需要。
被校準壓力測量系統描述:壓力測量元件為(0～250)kPa的壓力變送器，其輸出信號(4～20)mA經數據采集器采集并轉換為數字信號，通過RS232通信將數字信號傳輸給計算機，經過數據處理在計算機顯示器上顯示壓力值(0～250)kPa。
分析:只對壓力變送器進行校準無法得到系統的準確度，因此，分別采用對各分立元件(系統各組成部分)依次進行校準和系統校準兩種方法對該壓力測量系統進行校準。
第一種方法:對分立元件依次進行校準。
首先，對壓力變送器進行校準。使用的標準器為數字壓力校驗儀，參考依據為JJG882-2004。
在壓力變送器輸入端依次加入0kPa、50kPa、100kPa、150kPa、200kPa、250kPa標準壓力，在數字壓力校驗儀或標準電流表上讀取相應電流值，其校準數據如表1所示。
表1壓力變送器校準數據
其次，對數據采集器、信號處理等部分進行校準。使用的標準器為標準電流源，參考依據為JJF1048-1995。
將數據采集器的輸入端接線斷開，接入標準電流信號，標準電流源依次輸出4mA、7.2mA、10.4mA、13.6mA、16.8mA、20.0mA標準電流，在計算機顯示器上讀取壓力值，其校準數據如表2所示。
表2數據采集器、信號處理等部分校準數據
第二種方法:采用系統校準方法。
使用的標準器為數字壓力校驗儀，參考依據為JJG875-2005。
在壓力變送器輸入端依次加入0kPa、50kPa、100kPa、150kPa、200kPa、250kPa標準壓力，在計算機顯示器上讀取壓力值，其校準數據如表3所示。
表3系統校準方法校準數據
四、方法比較
結合以上實例，我們得出系統校準方法比其他兩種方法更具有優越性，主要體現在:
1.明確壓力測量系統的準確度
系統校準方法可以通過表3比較直觀地得到各點的示值誤差，對整個測量系統的準確度有明確的認識；只校準壓力變送器不能得到整個系統的準確度；而對測量系統的各分立元件進行校準，不能簡單地將示值誤差(見表1和表2)直接進行代數和運算，因此無法得到各點的示值誤差。不能滿足用戶的需要，也就失去了校準的實際意義。
2.減少工作量、節約時間
通過對實例中校準過程的描述，可以清楚地分析出系統校準方法與只對壓力變送器的校準方法工作量相同，是分立元件進行校準方法工作量的1/2。
3.減少使用的標準器設備，降低校準費用
對壓力測量系統進行系統校準只需要壓力標準器即可；而對分立元件進行校準還需要傳輸信號的標準信號源，信號傳輸和轉換過程越復雜，分立元件越多，采用的標準器也就越多，勢必會增加校準費用。因此采用系統校準的方法可以減少使用的標準器，降低校準費用，做到既節約資源又為企業節約生產成本。
4.減少拆裝，避免接線影響
對壓力變送器和各分立元件進行校準需要拆卸一些連接線，現場的儀表柜和控制柜里面有大量的接線，接線不牢固或接錯線都會造成意想不到的嚴重后果，即使及時發現問題，但解決起來也很麻煩。而系統校準不需要這些環節，也就避免了這些影響，減少了不必要的麻煩。
系統校準的缺點是，在校準過程中，如果整個測量系統的系統誤差超出允許誤差需要調整時，還是要采用對各分立元件進行單獨校準，找出超差的原因并進行調修。因此，在實際工作中可能需要采用以上3種方法的組合形式進行校準。
五、結束語
本文提出了對現場壓力變送器校準的3種方法，通過實例進行分析，認為系統校準方法優于其他兩種方法。鑒于以上分析可以得出，對由壓力變送器組成的壓力測量系統進行校準時，系統校準方法應是我們現場實際校準工作中的首選。此外，系統校準方法也可以應用到許多其他項目(如熱電偶、熱電阻等傳感器)的現場校準工作中。
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