【摘要】溫度變送器是熱工計(jì)量領(lǐng)域常見的測(cè)溫類計(jì)量器具，隨著溫度變送器的不斷發(fā)展，已經(jīng)在較多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為保證溫度變送器良好應(yīng)用，需要重點(diǎn)做好溫度變送器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，不僅會(huì)提高溫度變送器的準(zhǔn)確性，也能使測(cè)量更加可靠，對(duì)我國工業(yè)生產(chǎn)影響深遠(yuǎn)。

【關(guān)鍵詞】溫度變送器；校準(zhǔn)；現(xiàn)場(chǎng)；調(diào)校處理；計(jì)量特性

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.019

Study on Field Calibration of Temperature Transmitter

CAO Yu

（Liaoyang Centre for Market Regulatory Services，Liaoyang 111010，China）

Abstract：Temperature transmitter is a common measuring instrument in the field of thermal measurement. With the development of temperature transmitter，it has been widely used in many fields. In order to ensure the good application of the temperature transmitter，it is necessary to do the field calibration of the temperature transmitter well，after the field calibration，not only the accuracy of the temperature transmitter will be improved，but also the measurement will be more reliable，it has far-reaching influence on our countrys industrial production.

Key words：temperature transmitter；calibration；field；adjustment processing；metering characteristics

隨著我國工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，在工業(yè)溫控中逐漸應(yīng)用到了溫度變送器，所以對(duì)它的校準(zhǔn)工作的重要性也日益提升[1]?，F(xiàn)階段，通常按照J(rèn)JF 1183—2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》開展實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)工作，而在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)水平相對(duì)不足，不具備較強(qiáng)的可操作性，再加上現(xiàn)場(chǎng)存在較多的儀表，進(jìn)而為此項(xiàng)工作的開展增加了難度。

1溫度變送器相關(guān)概述

溫度變送器，屬于一種能夠?qū)囟茸兞肯蚩蓚魉洼敵鲂盘?hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的儀表，在工業(yè)領(lǐng)域中常被用于測(cè)量及控制溫度參數(shù)。通常情況下帶傳感器的溫度變送器主要包含兩個(gè)部分，一是傳感器，二是信號(hào)轉(zhuǎn)換器[2]。其中，傳感器主要是熱電阻或熱電偶，而信號(hào)轉(zhuǎn)換器組由轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)處理單元和測(cè)量單元組成。因?yàn)楣I(yè)用熱電偶或熱電阻具備標(biāo)準(zhǔn)化的分度表，所以當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器獨(dú)立使用時(shí)，它又被叫做變送器。一些變送器中存在顯示單元，還有一些存在現(xiàn)場(chǎng)總線功能。溫度變送器輸出信號(hào)與溫度變量存在線性函數(shù)關(guān)系，輸出信號(hào)與溫度傳感器電阻值也存在線性函數(shù)關(guān)系。其標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)是直流電信號(hào)，主要分兩種，一是0～10 mA，二是4～20 mA。根據(jù)供電接線方式，又包括兩線制和四線制。

2計(jì)量特性

1）測(cè)量誤差。開展溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)，會(huì)存在一定的測(cè)量誤差，這種誤差主要是將溫度向輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的。對(duì)于帶傳感器的溫度變送器而言，最大允許誤差主要有兩個(gè)來源，一是熱電偶或熱電阻允差[3]，二是信號(hào)轉(zhuǎn)換器允差。帶傳感器額溫度變送器可以將測(cè)算范圍內(nèi)的最大允許誤差向溫度進(jìn)行折算，也可以通過輸入量里程的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行表示。

2）安全性能。輸入、輸出端子短接—外殼，適用于二線制溫度變送器，絕緣電阻為20 MΩ。輸入端子—輸出端子，絕緣電阻為20 MΩ，主要適用于輸入、輸出隔離的溫度變送器，輸入、輸出端子短接—電源端子和電源端子—外殼，適用于四線制溫度變送器，絕緣電阻均為50 MΩ。

3溫度變送器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

3.1校準(zhǔn)條件

標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備。溫度變送器校準(zhǔn)過程中會(huì)應(yīng)用較多的儀器設(shè)備，常見的有以下幾種：第一，便攜式溫度校準(zhǔn)儀，主要用途是提供穩(wěn)定溫場(chǎng)，濕度范圍在-20～300℃，孔徑為Φ8 mm，插入深度為200 mm，顯示準(zhǔn)確度為±0.15℃，在垂直溫場(chǎng)上，從均熱塊孔底算起60 mm范圍內(nèi)，偏差≤0.3℃，水平溫場(chǎng)≤0.05℃，溫度波動(dòng)≤0.02℃/15min。第二，直流、交流穩(wěn)壓源，作為直流或溫度校準(zhǔn)儀供電電源，其中直流穩(wěn)壓源允差為±1%，12～48 V，交流穩(wěn)壓源功率≥1 kw，穩(wěn)定性1%，50 Hz，220 V。第三，溫度計(jì)，用于溫度變送器校準(zhǔn)。第四，熱工儀表校準(zhǔn)儀，標(biāo)準(zhǔn)儀器的絕對(duì)誤差小于被校儀表絕對(duì)誤差的（1/3～1/2），被校儀表輸入信號(hào)源，溫度變送器輸出信號(hào)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。第五，專用連接導(dǎo)線，阻值應(yīng)滿足說明書要求，選擇三線制進(jìn)行連接時(shí)，要最大程度降低線間電阻值的差距。第六，絕緣電阻表，主要用于絕緣電阻測(cè)量。儀器選擇過程中，應(yīng)遵循相應(yīng)原則，引入的擴(kuò)展不確定度應(yīng)小于最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。

條件環(huán)境：為降低校準(zhǔn)不確定度，應(yīng)在以下環(huán)境下開展校準(zhǔn)工作，校準(zhǔn)環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)保持在40%RH～70%RH，當(dāng)使用0.5～0.25級(jí)溫度變送器時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)為（20±5）℃，當(dāng)使用應(yīng)處于0～40℃范圍內(nèi)，0.1～0.2級(jí)溫度變送器時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)為（20±2）℃。

3.2溫度變送器校準(zhǔn)方法

具體使用時(shí)，為保證溫度變送器的精準(zhǔn)性，已經(jīng)對(duì)它進(jìn)行定期的檢查及性能測(cè)試。日常檢查環(huán)節(jié)，主要檢查的內(nèi)容包括外觀檢查、內(nèi)部檢查、感溫元件檢查以及溫井檢查。其中，外觀檢查主要是檢查外殼是否存在裂痕、脫漆或者緊固件欠缺等問題；內(nèi)部檢查中主要是檢查連接件、零配件以及元器件是否存在密封不良、斷裂、腐蝕及變形等問題；感溫元件檢查中，分析感溫元件及引線[4]是否清潔完整，金屬電阻絲繞制是否整齊，電阻體導(dǎo)熱片需要與溫度計(jì)保護(hù)套管內(nèi)壁緊密貼合，保護(hù)套管不存在劃痕與缺陷。除了要做好以上工作，還需要周期性測(cè)試溫度變送器的絕緣與計(jì)量性能，一般檢驗(yàn)周期應(yīng)在1年以內(nèi)。在停電的情況下開展絕緣性能測(cè)試，將接線拆下后，對(duì)絕緣電阻值進(jìn)行測(cè)試。在計(jì)量性能檢驗(yàn)上，可進(jìn)行帶傳感器檢驗(yàn)，也可進(jìn)行不帶傳感器檢驗(yàn)。前者是向標(biāo)準(zhǔn)溫度源中插入傳感部分，在溫度值變化下，對(duì)其輸出電流進(jìn)行校準(zhǔn)；后者是將傳感元件斷開，通過過程檢驗(yàn)設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)電阻源，對(duì)溫度變送器信號(hào)轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)。具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，溫度變送器的傳感元件故障發(fā)生概率較低，不會(huì)引入較大誤差，可選擇不帶傳感器的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。而對(duì)于要求較高的場(chǎng)所，為提升檢驗(yàn)精度，則需要選擇帶傳感器的檢驗(yàn)方式。之所以要進(jìn)行計(jì)量性能檢驗(yàn)，主要是因?yàn)榇嬖谛?zhǔn)溫度變送器的測(cè)量誤差，所以要對(duì)其是否滿足精度要求加以判斷。

第一，校準(zhǔn)點(diǎn)選擇。選擇校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，需要根據(jù)量程均勻分布，通常應(yīng)超過5個(gè)點(diǎn)，包括上限值以及下限值等。第二，溫度變送器校準(zhǔn)前，應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整，將傳感器斷開，將輸入信號(hào)改變，從而調(diào)整輸出的上限值與下限值，保證符合理論值。第三，校準(zhǔn)過程。校準(zhǔn)帶傳感器的溫度送變器時(shí)[5]，在測(cè)量順序上，可先從下限溫度進(jìn)行測(cè)量，隨后按照自下而上的順序開展測(cè)量工作，實(shí)際測(cè)量時(shí)需要在所有試驗(yàn)點(diǎn)溫度源內(nèi)溫度足夠穩(wěn)定時(shí)才進(jìn)行測(cè)量；校準(zhǔn)不帶傳感器溫度變送器時(shí)，由下限開始將各被校點(diǎn)信號(hào)值平穩(wěn)地輸入，對(duì)輸出值進(jìn)行讀取并準(zhǔn)確記錄，直至上限值，隨后進(jìn)行輸入信號(hào)反方向平穩(wěn)改變，與各個(gè)被校點(diǎn)重合，對(duì)輸出值進(jìn)行讀取與準(zhǔn)確記錄，直至下限值。第四，數(shù)據(jù)處理。誤差計(jì)算及結(jié)果測(cè)量環(huán)節(jié)，應(yīng)遵循相應(yīng)原則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保證小數(shù)點(diǎn)保留位數(shù)應(yīng)比最大允許誤差多一位小數(shù)。

3.3符合性試驗(yàn)分析

溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)環(huán)節(jié)會(huì)存在較多影響因素，無法提供穩(wěn)定的恒溫溫場(chǎng)。并且，與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)環(huán)境相比，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具備較強(qiáng)的不可控性，會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，同時(shí)，會(huì)在一定程度上對(duì)檢測(cè)顯示值產(chǎn)生影響，易發(fā)生滯后情況。為有效避免以上問題的出現(xiàn)，使校準(zhǔn)效果更佳準(zhǔn)確，提升工作效率，降低人員工作量，同時(shí)在不穩(wěn)定溫場(chǎng)中開展校準(zhǔn)工作，于是形成了一種新的方式，即曲線符合性判定法。向溫度變送器套管中插入標(biāo)準(zhǔn)熱電阻傳感器，并且還應(yīng)插入變送器的傳感器，使兩者存在相同的插入深度，對(duì)變化情況進(jìn)行觀察，并詳細(xì)記錄，通過相應(yīng)方式，進(jìn)行系數(shù)計(jì)算[6]?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，需要選出兩塊試驗(yàn)樣本，選用精度較高的溫度變送器，同時(shí)保證其測(cè)量范圍在0～100℃。試驗(yàn)樣本選擇完畢后，為與相關(guān)規(guī)范要求相符合，獲得更加準(zhǔn)確的校準(zhǔn)值，應(yīng)先進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)。模擬出管道環(huán)境，選擇不穩(wěn)定溫場(chǎng)，校準(zhǔn)過程中獲得測(cè)量曲線。在實(shí)驗(yàn)中得出，不穩(wěn)定溫場(chǎng)中，經(jīng)過兩次測(cè)量，兩個(gè)樣本的誤差分別是-0.15℃、-0.2℃，兩個(gè)樣本均符合要求。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出，測(cè)量曲線相關(guān)系數(shù)最小為0.822，不超過這一數(shù)值，即可認(rèn)為儀表符合要求。除此之外，為了對(duì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，應(yīng)多選取不同的變送器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如準(zhǔn)確度相同，但量程不同，在實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果比對(duì)。為使試驗(yàn)結(jié)果更具代表性，針對(duì)模擬溫場(chǎng)應(yīng)實(shí)施多點(diǎn)測(cè)試，如果試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)吻合，說明校準(zhǔn)結(jié)果可靠性較高。因?yàn)檫@種方式在使用過程中需要進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為準(zhǔn)確判斷各個(gè)參數(shù)及數(shù)值，需要積極應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，獲得更好的試驗(yàn)效果。

3.4溫度變送器的調(diào)校

在現(xiàn)場(chǎng)工作校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，溫度變送器若出現(xiàn)測(cè)量誤差超差、量程漂移及零點(diǎn)漂移等情況，需要做好溫度變送器調(diào)校工作。對(duì)于智能型變送器，調(diào)校過程中可應(yīng)用HART手操器。具體調(diào)校內(nèi)容為：第一，傳感器微調(diào)，對(duì)工廠特性化曲線進(jìn)行調(diào)整，在特定溫度范圍內(nèi)，使溫度變送器擁有最佳性能。第二，模擬輸出微調(diào)，對(duì)模擬輸出進(jìn)行調(diào)整，保證與控制回路或工廠標(biāo)準(zhǔn)一致。在變送器上連接數(shù)字式讀數(shù)裝置、手操器及溫度源，實(shí)現(xiàn)手操器與變送器間的良好通訊；一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)匹配一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度信號(hào)；對(duì)比傳感器溫度與手操器菜單中的過程變量，若兩者存在明顯差異，需要對(duì)傳感器做出微調(diào)處理；對(duì)比手操器模擬輸出與讀數(shù)裝置中顯示出的數(shù)據(jù)，若兩者存在較大差距，需要進(jìn)行輸出微調(diào)。

4校準(zhǔn)注意事項(xiàng)

溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：第一，應(yīng)保證校準(zhǔn)條件滿足實(shí)際要求，可以選擇多樣化的方式，保證校準(zhǔn)環(huán)節(jié)的溫度及濕度，從而提升現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)質(zhì)量。第二，溫度變送器校準(zhǔn)環(huán)節(jié)所應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備，可能會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸條件影響存在相應(yīng)誤差，所以，要做好設(shè)備檢測(cè)及認(rèn)證工作。第三，溫度檢測(cè)器使用環(huán)節(jié)，需要對(duì)影響因素做出不斷調(diào)整，從而尋求最利于溫度檢測(cè)器使用的方式。通過統(tǒng)籌研究各種形式的設(shè)備，同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注變送器變動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)傳感器與管道的有機(jī)結(jié)合，保證檢測(cè)平衡性，避免出現(xiàn)較大的變化。第四，溫度傳感器具體使用環(huán)節(jié)，可通過曲線性檢驗(yàn)的方式，對(duì)溫度變化過程進(jìn)行分析。同時(shí)，在不規(guī)則情況下，使不同設(shè)備溫度發(fā)生變化。當(dāng)溫度變化超出限值后，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。第五，對(duì)于溫度評(píng)測(cè)設(shè)備以及校準(zhǔn)設(shè)備而言，溫度與電流量存在較為密切的聯(lián)系，當(dāng)溫度變化后，相應(yīng)的電流量也會(huì)發(fā)生變化。詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)變動(dòng)情況的同時(shí)，還應(yīng)做出對(duì)比分析。站在技術(shù)層面，可以利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與分析，得出溫度與電流量間存在的關(guān)系。此外，測(cè)量需要與現(xiàn)實(shí)需求相符合，測(cè)量完成后，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深層分析，找出其中存在的細(xì)微差別，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，獲得誤差值。第六，在數(shù)據(jù)錄入程序中，可以預(yù)先進(jìn)行電子表格記錄處理，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并對(duì)質(zhì)量變動(dòng)過程進(jìn)行了解后，將問題詳細(xì)記錄在表格中，從而為后期工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

5結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前社會(huì)環(huán)境下溫度變送器得到廣泛應(yīng)用。校準(zhǔn)工作屬于保證溫度變送器計(jì)量性能的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，如何提升現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)質(zhì)量，保證現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作良好開展，已經(jīng)成為校準(zhǔn)人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，應(yīng)明確現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件，科學(xué)選擇使用的設(shè)備，并保證環(huán)境滿足實(shí)際需求，還應(yīng)科學(xué)實(shí)施校準(zhǔn)方法，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)目的。除此之外，還應(yīng)通過符合性試驗(yàn)分析溫度變送器調(diào)校的方式，不斷優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方式，充分發(fā)揮溫度變送器的實(shí)際價(jià)值。

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【作者簡(jiǎn)介】

曹宇，女，1972年出生，副高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闊峁ゎ愑?jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）