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過程校驗(yàn)儀校驗(yàn)熱電阻輸入模塊誤差分析

2023-08-01 19:57:54王博任浩王亞麗
化工自動(dòng)化及儀表 2023年2期
關(guān)鍵詞:誤差分析

王博 任浩 王亞麗

摘 要 針對(duì)某過程校驗(yàn)儀校驗(yàn)熱電阻信號(hào)輸入模塊時(shí)存在的溫度數(shù)據(jù)誤差率達(dá)8.45%的異?,F(xiàn)象,開展實(shí)驗(yàn)研究。將溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻測(cè)量問題,分別設(shè)計(jì)了應(yīng)用過程校驗(yàn)儀及精密電阻箱進(jìn)行校驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,前者的電阻值測(cè)量數(shù)據(jù)平均誤差率為14.1%,后者誤差率僅為0.21%。然后通過數(shù)據(jù)分析,提出假設(shè)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模塊電阻測(cè)量值與校驗(yàn)儀輸出值的比等于兩者激勵(lì)電流之比的規(guī)律。兩者激勵(lì)電流不一致導(dǎo)致產(chǎn)生測(cè)量誤差;建議選用精密電阻箱校驗(yàn)?zāi)K,若使用校驗(yàn)儀,需要確保與被校驗(yàn)設(shè)備的激勵(lì)電流相等。

關(guān)鍵詞 過程校驗(yàn)儀 熱電阻信號(hào)校驗(yàn) 熱電阻信號(hào)輸入模塊 精密電阻箱 誤差分析

中圖分類號(hào) TH811? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? ?文章編號(hào) 1000?3932(2023)02?0223?08

現(xiàn)代過程工業(yè)控制系統(tǒng)中各回路測(cè)量值的準(zhǔn)確性對(duì)于控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要,在現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制器接口模塊可靠性及穩(wěn)定性與現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制器精度密切相關(guān)的情況下,如果儀表及控制器模塊有較大的測(cè)量誤差,會(huì)引起工藝控制參數(shù)偏離實(shí)際值,從而引發(fā)安全生產(chǎn)事故[1,2]。因此,為了確保生產(chǎn)的安全運(yùn)行,需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、傳感器、變送器和控制系統(tǒng)的模擬量輸入輸出模塊進(jìn)行定期校驗(yàn)和檢定,確保其準(zhǔn)確性滿足精度要求[3,4]。

在生產(chǎn)線投運(yùn)后,現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制器的位置基本都已經(jīng)固定,通常無(wú)法拆下帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校驗(yàn)。一般使用便攜式過程校驗(yàn)儀對(duì)過程控制系統(tǒng)儀表和系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)。便攜式過程校驗(yàn)儀在功能上與實(shí)驗(yàn)室的大型過程校驗(yàn)裝置類似,但體積要小很多,基本與萬(wàn)用表相差無(wú)幾。其基本涵蓋過程控制回路所涉及的信號(hào),如電壓、電流、頻率、電阻、熱電阻及熱電偶等信號(hào)的測(cè)量及模擬輸出,甚至有些校驗(yàn)儀還能輸出精密的壓力值,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力變送器的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn);或者輸出精密的溫度值,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度變送器的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)[5,6]。同時(shí),便攜式過程校驗(yàn)儀的精度高,通常具有

20位的分辨率,而常見的過程控制中控制器接口模塊一般不超過16位,因此在絕大多數(shù)回路、設(shè)備、儀器儀表的校準(zhǔn)過程中,它所檢測(cè)或輸出的信號(hào)是值得信賴的。

但若過程校驗(yàn)儀輸出的物理量信號(hào)數(shù)值與待校驗(yàn)設(shè)備實(shí)際測(cè)量數(shù)值存在較大誤差,則會(huì)對(duì)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生干擾,造成待校準(zhǔn)設(shè)備的誤判。輕則導(dǎo)致本來精確的設(shè)備拆下重新校準(zhǔn),產(chǎn)生不必要的工作量;重則導(dǎo)致正常設(shè)備被判廢,造成經(jīng)濟(jì)損失。為此,筆者對(duì)過程校驗(yàn)儀在工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行研究與分析,找出存在校驗(yàn)誤差的原因,為正確應(yīng)用過程校驗(yàn)儀校驗(yàn)過程回路提供技術(shù)支持。

1 問題的提出

1.1 校驗(yàn)原理

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,模擬量模塊與熱電阻為四線制連接方式[7],如圖1所示[8~10]。

四線制測(cè)量原理

四線制連接的優(yōu)點(diǎn)是能夠消除導(dǎo)線電阻R的影響,同時(shí)消除導(dǎo)線間接觸電阻及阻值變化的影響,因此,多用于對(duì)溫度測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。每個(gè)熱電阻占用兩個(gè)通道(通道1、2),其中通道1的3、4號(hào)端子為熱電阻提供恒流源,通道2的7、8號(hào)端子測(cè)量熱電阻兩側(cè)的電壓,雖然連接熱電阻的4條導(dǎo)線均具有導(dǎo)線電阻R,但通道2測(cè)量電壓的7、8號(hào)端子之間是高阻態(tài),導(dǎo)線電阻值可以忽略不計(jì),因此測(cè)得的電壓即為熱電阻兩側(cè)的電壓,而通道1輸出的電流值是恒定的且已知,則熱電阻電阻值R計(jì)算式為:

Rpt100=U/I? ? ? ? ?(1)

式中 I——通道1恒流源輸出的電流值,mA;

U——通道2測(cè)量的熱電阻兩端電壓值,mV。

某工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),應(yīng)用過程校驗(yàn)儀校驗(yàn)PLC的模擬量輸入模塊的熱電阻信號(hào),校驗(yàn)裝置如圖2所示。其中,監(jiān)控計(jì)算機(jī)中安裝有PLC編程及監(jiān)控軟件,用來記錄熱電阻信號(hào)輸入通道的數(shù)值;電源模塊為PLC的CPU和熱電阻信號(hào)輸入模塊提供工作電源。應(yīng)用過程校驗(yàn)儀分別產(chǎn)生熱電阻校驗(yàn)信號(hào),<\\Pc18\本地磁盤(e)\李玲\化工自動(dòng)化及儀表\2023年自動(dòng)化儀表\第2期\王博2.tif>

輸出到模塊的輸入通道,再通過PLC的編程軟件在線監(jiān)視模擬量通道的數(shù)值,與過程校驗(yàn)儀的輸入信號(hào)數(shù)值比較,即可判定待校驗(yàn)?zāi)K是否準(zhǔn)確。

1.2 校驗(yàn)方法

將過程校驗(yàn)儀設(shè)定為熱電阻輸出狀態(tài),分別從量程的最低限-200 ℃開始,每隔100 ℃輸出一個(gè)熱電阻信號(hào),直到量程上限800 ℃為止[11~13]。利用PLC編程軟件監(jiān)控過程校驗(yàn)儀所連接模擬量通道的數(shù)值,PLC編程軟件監(jiān)控到的模擬量數(shù)值是

所檢測(cè)溫度值的10倍,因此將監(jiān)控值除以10即得到PLC模擬量通道所監(jiān)視到的溫度值,將其與過程校驗(yàn)儀顯示的溫度數(shù)據(jù)比較,若兩者接近,且在誤差允許范圍內(nèi),則說明兩個(gè)問題:

a. 待校驗(yàn)?zāi)K的準(zhǔn)確性較好;

b. 過程校驗(yàn)儀適用于該模塊的校驗(yàn)。

如果過程校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)與模塊測(cè)量數(shù)據(jù)存在較大的誤差,則說明可能存在以下3種情況:

a. 過程校驗(yàn)儀自身有誤差、不準(zhǔn)確,雖然可以用同類過程校驗(yàn)儀替換,再校驗(yàn)確定是否屬于此類故障,但由于過程校驗(yàn)儀價(jià)格較高,工廠可能不會(huì)配置多臺(tái)同樣型號(hào)的儀器,此種操作的實(shí)用性不強(qiáng);

b. 待校驗(yàn)?zāi)K有誤差,不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用要求,需更換;

c. 過程校驗(yàn)儀與熱電阻信號(hào)輸入模塊之間存在兼容性問題,不適用此種校驗(yàn)場(chǎng)合。

1.3 校驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)1.2節(jié)的校驗(yàn)方法,分別記錄過程校驗(yàn)儀顯示溫度、模擬量通道標(biāo)準(zhǔn)化溫度,得到溫度值及其誤差數(shù)據(jù)分布如圖3所示。

由圖3可見,模擬量通道標(biāo)準(zhǔn)化溫度總與過程校驗(yàn)儀顯示溫度有偏差,溫度偏差值隨著模擬溫度的升高而變大。從-200 ℃起,溫度偏差逐漸增加,由-2.8 ℃上升至-176.2 ℃,整個(gè)量程范圍內(nèi)的平均溫度偏差值為-84.51 ℃,占總量程的8.45%,該偏差遠(yuǎn)大于控制系統(tǒng)工藝要求的0.5級(jí)精度,如果按照這一標(biāo)準(zhǔn),得出的結(jié)論是PLC模擬量模塊誤差過大,應(yīng)重新校準(zhǔn)或判廢。但考慮到PLC模擬量模塊屬于價(jià)格昂貴的重要控制模塊,應(yīng)慎重處理這一異常情況。按照式(1)計(jì)算四線制熱電阻的電阻值,再換算出溫度,推斷可能是模塊測(cè)量的電流或電壓不準(zhǔn),造成測(cè)量誤差異常,因此將熱電阻溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換為電流、電壓、電阻等電參數(shù)做進(jìn)一步研究。

2 過程校驗(yàn)儀的電參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 電參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究裝置設(shè)計(jì)

為了測(cè)量過程校驗(yàn)儀輸出熱電阻信號(hào)接入PLC熱電阻信號(hào)輸入模塊回路中的電壓和電流信號(hào),采用兩只萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量,將其中一只萬(wàn)用表設(shè)定為電流測(cè)量模式,串聯(lián)接入測(cè)量回路;將另外一只萬(wàn)用表設(shè)定為電壓測(cè)量模式,并聯(lián)接入測(cè)量回路。實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將過程校驗(yàn)儀設(shè)定為熱電阻(Pt100)輸出狀態(tài),分別從量程的最低限-200 ℃開始,每隔100 ℃,輸出一個(gè)熱電阻信號(hào),直到量程上限800 ℃為止。用兩只萬(wàn)用表分別測(cè)量回路的電壓和電流,用于計(jì)算回路中的電阻值R;將PLC的模擬量輸入模塊設(shè)定為四線制電阻值測(cè)量模式,通過PLC編程軟件監(jiān)控過程校驗(yàn)儀所連接模擬量模塊通道的數(shù)值,PLC編程軟件監(jiān)控到的模擬量數(shù)值是所檢測(cè)的電阻值R;再查找PT100熱電阻的電阻值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系[14],作為標(biāo)準(zhǔn)電阻值R,計(jì)算R與R的誤差率δ。通過分析電壓、電流、電阻之間的關(guān)系,即可得出測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)2.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法,分別記錄過程校驗(yàn)儀顯示溫度、電壓、電流以及R/R(表1),過程校驗(yàn)儀顯示溫度、電阻值及誤差率曲線如圖5所示。

2.4 數(shù)據(jù)分析

從圖5可以看出,過程校驗(yàn)儀在設(shè)定溫度下,R與R基本重合,說明二者阻值基本一致;R與R和R之間的差值隨著校驗(yàn)儀設(shè)定溫度的升高而增大。

結(jié)合表1、圖5分析可知:

a. 過程校驗(yàn)儀在設(shè)定溫度下,R與R數(shù)值接近,兩者的平均誤差率僅為1.01%,考慮到電壓、電流測(cè)量?jī)x表的誤差,可以證實(shí)過程校驗(yàn)儀輸出電阻值信號(hào)如果依照電流、電壓關(guān)系換算,是正確無(wú)誤的。

b. 過程校驗(yàn)儀輸出電流基本為0.30 mA,且保持不變,說明過程校驗(yàn)儀在輸出電阻信號(hào)時(shí),采用恒流源模式,通過調(diào)節(jié)輸出電壓的方式產(chǎn)生相應(yīng)的阻值。

c. R/R的平均值為0.859,誤差率為14.1%,各測(cè)量數(shù)據(jù)的均方誤差為0.9%,反映了R與R的比值是穩(wěn)定的,屬于系統(tǒng)誤差。

過程校驗(yàn)儀能夠通過維持線路電流值不變、調(diào)節(jié)輸出電壓的方法輸出電阻值,PLC的熱電阻信號(hào)輸入模塊也是依靠線路的電壓和電流換算電阻值的,兩者的工作原理并無(wú)差別,而且過程校驗(yàn)儀輸出的電阻值與PLC模擬量模塊測(cè)量的電阻值存在均勻的系統(tǒng)誤差,因此筆者假設(shè)過程校驗(yàn)儀在輸出電阻的功能下,與PLC的模擬量輸入模塊存在由于某種原因?qū)е碌募嫒菪詥栴},致使模擬量輸入模塊無(wú)法顯示正確數(shù)值。針對(duì)這一誤差,可以嘗試其他產(chǎn)生校驗(yàn)所需電阻的方式,如帶有溫度控制功能的標(biāo)準(zhǔn)熱電阻校驗(yàn)裝置[15]。但是其價(jià)格昂貴,多數(shù)企業(yè)尚未配置,可操作性不強(qiáng)。綜合經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),提出應(yīng)用精密電阻箱產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電阻,直接連接PLC模擬量輸入模塊進(jìn)行模塊校驗(yàn)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)正確與否,需要開展進(jìn)一步研究。

3 應(yīng)用精密電阻箱的實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

將精密電阻箱以四線制的方式連接到PLC模擬量輸入通道[16],為了研究測(cè)量回路中的電壓、電流信號(hào)與電阻值之間的關(guān)系,應(yīng)用兩只萬(wàn)用表,將其中一只萬(wàn)用表設(shè)定為電流測(cè)量模式,串聯(lián)接入測(cè)量回路;再將另外一只萬(wàn)用表設(shè)定為電壓測(cè)量模式,并聯(lián)接入測(cè)量回路。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)熱電阻阻值和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,將精密電阻箱的電阻值分別調(diào)整成-200、-100、0 ℃…所對(duì)應(yīng)的電阻值,逐一測(cè)量不同電阻值條件下電壓、電流、PLC模擬量通道監(jiān)視值、標(biāo)準(zhǔn)化后的溫度數(shù)值,以分析精密電阻箱是否能夠用于模擬校驗(yàn)PLC模擬量輸入模塊。

3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)3.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法,分別記錄模擬溫度值、電壓、電流(表2),應(yīng)用精密電阻箱校驗(yàn)測(cè)量的電阻值及其誤差率曲線如圖7所示;標(biāo)準(zhǔn)電阻R、模擬量通道監(jiān)視數(shù)值、模擬溫度值、標(biāo)準(zhǔn)化溫度值見表3,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱校驗(yàn)測(cè)量后變換的溫度值及其誤差率曲線如圖8所示。

3.4 數(shù)據(jù)分析

由表2、圖7可見,應(yīng)用精密電阻箱的標(biāo)準(zhǔn)電阻值R與通過測(cè)量電壓、電流方式計(jì)算得到的電阻值R基本重合,說明兩者阻值基本一致,誤差率最大不超過0.25%,最小接近于0;由表3可見,通過應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電阻得到的標(biāo)準(zhǔn)溫度值與模擬溫度值做比較,PLC模擬量輸入模塊所測(cè)溫度值的平均誤差率僅為0.21%,小于0.5級(jí)儀表的誤差范圍,考慮到電壓、電流測(cè)量?jī)x表的誤差,可以證實(shí)精密電阻箱適用于PLC模擬量輸入模塊的校驗(yàn)。

由圖8可見,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱校驗(yàn)測(cè)量后的模擬溫度值與標(biāo)準(zhǔn)化溫度值兩條曲線基本重合,兩者溫度偏差最大值小于1.0 ℃,最小值高于-0.5 ℃,誤差率介于0.0%~0.5%之間,說明經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)電阻箱校驗(yàn)后的模擬溫度值與標(biāo)準(zhǔn)化溫度值基本一致。

結(jié)合表3和圖8可見:

a. PLC模擬量輸入模塊測(cè)量回路輸出的激勵(lì)電流均值為0.257 mA。查閱PLC模擬量模塊技術(shù)手冊(cè),該模塊在設(shè)定為Pt100熱電阻測(cè)量模式時(shí),向熱電阻輸出的激勵(lì)電流為穩(wěn)定的0.25 mA[17,18]。

考慮到電流儀表的測(cè)量誤差,可以判斷出,與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電流數(shù)據(jù)相比兩者基本相符。

b. 根據(jù)電壓、電流計(jì)算得到的電阻值R與精密電阻箱所調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)電阻值R的平均誤差率為0.10%,在0.5級(jí)儀表的誤差范圍內(nèi),表明模擬量輸入模塊按照電壓和電流的關(guān)系計(jì)算出電阻值,然后換算出溫度測(cè)量值是可靠的。

4 提出假設(shè)及求證

4.1 提出假設(shè)

PLC模擬量輸入模塊是通過測(cè)量端子7、8處的電壓值,換算出熱電阻的電阻值,進(jìn)而獲取對(duì)應(yīng)的溫度值。PLC模擬量輸入模塊直接連接精密電阻箱,由于電阻箱是一個(gè)純電阻組成的元件,回路中的電流全部來源于PLC模擬量輸出模塊的3、4號(hào)端子,PLC模擬量輸入模塊為電阻箱發(fā)送的電流為自身恒流電源數(shù)值,電壓為測(cè)量出的實(shí)際值,因此,在該回路中,得到的電阻值是正確的。在表1中,過程校驗(yàn)儀連接PLC模擬量輸入模塊,由于過程校驗(yàn)儀的工作原理是以恒流源的形式輸出,通過調(diào)節(jié)自身輸出電壓值的方式,以電子電路為載體實(shí)現(xiàn)電阻信號(hào)的輸出。過程校驗(yàn)儀輸出一個(gè)激勵(lì)電流,大小為0.30 mA,輸出的電壓值是以該電流值為基準(zhǔn)。但PLC模擬量輸入模塊在換算電阻值時(shí),并不以過程校驗(yàn)儀輸出的電流數(shù)值為基準(zhǔn),而是以自身模塊輸出的恒流源為基準(zhǔn),其值為0.25 mA。

因此筆者提出假設(shè):若PLC模擬量輸入模塊在計(jì)算測(cè)量電阻值的過程中,以自身恒流源輸出的0.25 mA激勵(lì)電流為準(zhǔn),而不受外部線路的影響,則當(dāng)外部電路輸出的激勵(lì)電流不等于模擬量輸入模塊默認(rèn)的0.25 mA時(shí),會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。設(shè)PLC模擬量輸出模塊恒流源輸出的激勵(lì)電流為I,外部測(cè)量回路中過程校驗(yàn)儀輸出的激勵(lì)電流為I,PLC測(cè)得的電阻與過程校驗(yàn)儀輸出的電阻之間的比值K為:

在本實(shí)驗(yàn)中,過程校驗(yàn)儀輸出的恒流源數(shù)值為0.30 mA,故計(jì)算得到K為0.833。

4.2 實(shí)驗(yàn)求證

利用過程校驗(yàn)儀產(chǎn)生電阻信號(hào),按照四線制的接法連接到PLC模擬量輸入模塊,實(shí)驗(yàn)裝置與圖4相似,區(qū)別是將過程校驗(yàn)儀設(shè)定為電阻輸出模式,并將PLC模擬量輸入模塊設(shè)定為四線制電流測(cè)量模式。在Pt100熱電阻測(cè)溫范圍內(nèi),每隔50 Ω產(chǎn)生一個(gè)輸出電阻值,直到接近測(cè)溫上限800 ℃對(duì)應(yīng)的電阻值,分別記錄PLC模擬量輸入通道監(jiān)視的數(shù)值,再換算成電阻值,相關(guān)數(shù)據(jù)分布如圖9所示。

由圖9分析得出,Rw與Rs的比值均值為0.870,與4.1節(jié)中假設(shè)條件下得到的0.833相比,兩者之間的誤差率為4.25%。雖然兩者之間不完全相等,但誤差率小于5%,考慮到實(shí)驗(yàn)儀器的精度和誤差,能夠驗(yàn)證假設(shè)是正確的。

應(yīng)用精密電阻箱產(chǎn)生電阻信號(hào),按照四線制的接法連接到PLC模擬量輸入模塊,實(shí)驗(yàn)裝置與圖6相似,區(qū)別是精密電阻箱采用的是等間隔電阻輸出模式,PLC模擬量輸入模塊設(shè)定為四線制電流測(cè)量模式。在Pt100熱電阻測(cè)溫范圍內(nèi),每隔50 Ω產(chǎn)生一個(gè)輸出電阻值,直到接近測(cè)溫上限800 ℃對(duì)應(yīng)的電阻值,分別記錄PLC模擬量輸入通道監(jiān)視數(shù)值,再換算成電阻值,得到誤差關(guān)系曲線如圖10所示。

由圖10可見,電阻箱阻值與計(jì)算電阻值的折線重合,說明兩者阻值基本一致,并且根據(jù)兩者誤差率曲線可以看到,二者誤差率最大不超過0.12%。PLC模擬量輸入模塊測(cè)得的電阻數(shù)值與精密電阻箱輸出的電阻值平均誤差率為0.04%,小于0.5級(jí)儀表的誤差范圍,表明精密電阻箱適用于校驗(yàn)PLC模擬量輸入模塊的電阻值信號(hào)。

5 分析與討論

過程校驗(yàn)儀輸出電阻信號(hào)時(shí),它的內(nèi)部不是物理上實(shí)際存在的電阻,而是通過電子電路“模擬”輸出的電阻,與真實(shí)的電阻不同。真實(shí)的電阻是物理上事實(shí)存在的元件,它的電阻值是由自身電阻率、長(zhǎng)度、截面積決定的,當(dāng)PLC模擬量輸入模塊輸入電阻信號(hào)時(shí),如果校驗(yàn)儀輸出的激勵(lì)電流與PLC模擬量模塊輸出的激勵(lì)電流不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。

精密電阻箱是真實(shí)的物理電阻,它不是依靠電子電路模擬,回路中的電流完全來源于PLC模擬量輸入模塊,它用于校驗(yàn)PLC模擬量輸入模塊時(shí)不會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。

6 結(jié)束語(yǔ)

過程校驗(yàn)儀能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流、頻率、電阻、熱電阻及熱電偶等信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn),是工業(yè)自動(dòng)化工程師調(diào)試、故障診斷的必備工具,具有較高的精度和準(zhǔn)確性。但校驗(yàn)儀輸出的電阻并不是真實(shí)的電阻,而是通過恒流源輸出,改變端口的輸出電壓,從而模擬一個(gè)虛擬的電阻。而可編程邏輯控制器的模擬量輸入模塊,在用作熱電阻輸入、電阻信號(hào)輸入功能時(shí),也會(huì)輸出一個(gè)恒定的電流值。當(dāng)兩者電流數(shù)值不一致時(shí),會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差。如果應(yīng)用過程校驗(yàn)儀的熱電阻、電阻校驗(yàn)功能,則需要注意其激勵(lì)電流與被校驗(yàn)設(shè)備的激勵(lì)電流是否一致,以免造成校驗(yàn)誤差。但是這一點(diǎn)在工程實(shí)施上頗有難度,因?yàn)檫^程校驗(yàn)儀和熱電阻信號(hào)輸入模塊的激勵(lì)電流屬于高級(jí)別的參數(shù),在儀表操作中很少接觸,因此較難獲取這一數(shù)據(jù);另外,過程校驗(yàn)儀在輸出不同電阻值的區(qū)間時(shí),其激勵(lì)電流又有所不同,這給準(zhǔn)確掌握激勵(lì)電流數(shù)值帶來了較大的不確定因素。精密電阻箱是真實(shí)物理存在的電阻,它并不會(huì)產(chǎn)生激勵(lì)電流,在測(cè)量時(shí),流過的電流與現(xiàn)場(chǎng)儀表一致,能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此,在校驗(yàn)熱電阻輸入信號(hào)模塊時(shí),使用精密電阻箱更為可靠。

參 考 文 獻(xiàn)

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(收稿日期:2022-08-17,修回日期:2023-02-10)

Error Analysis for the Process Calibrator Calibrating?Thermal Resistance Input Module

WANG Bo, REN Hao, WANG Ya?li

(School of Mechanical & Electrical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology)

Abstract? ?Aiming at a process calibrators 8.45% temperature error rate in checking thermal resistance signal input module, the experimental research was carried out. In which, measuring temperature was transformed into measuring the resistance, and the experiment on both process calibrator and precision resistance box was designed for the checking operation. The experimental data shows that, the error rate averaged of the former is 14.1% while that of the latter is only 0.21%.The data analysis, hypothesis and experimental verification prove that, the ratio of the modules measured value to the calibrators output value equals to the ratio of both excitation currents. The research result indicates that the difference of two excitation currents can incur this measurement error. The precision resistance box should be recommended to verify this module. In case that a calibrator will be used, ensuring calibrators excitation current equals to the devices becomes necessary.

Key words? ?process calibrator, checking of thermal resistance signal, input module of thermal resistance signal, precision resistance box, error analysis

基金項(xiàng)目:陜西省技術(shù)創(chuàng)新與引導(dǎo)專項(xiàng)(基金)項(xiàng)目(2018HJCG?10);陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目(19JC004);陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2018BJ?28)。

作者簡(jiǎn)介:王博(1980-),高級(jí)實(shí)驗(yàn)師,從事過程控制工程(DCS)及機(jī)電一體化技術(shù)的研究。

通訊作者:任浩(1999-),碩士研究生,從事動(dòng)力工程熱物理的研究,aron0925@163.com。

引用本文:王博,任浩,王亞麗.過程校驗(yàn)儀校驗(yàn)熱電阻輸入模塊誤差分析[J].化工自動(dòng)化及儀表,2023,50(2):223-230.

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