摘要: 智能高精度溫度變送器由于具有對干擾信號的優(yōu)異抑制，在化工、能源行業(yè)大量應(yīng)用。但是高精度溫度變送器在精度提升的同時，現(xiàn)場校準(zhǔn)方式也與早期 DDZ 型溫度變送器發(fā)生了很大的變化。文章通過探討高精度溫度變送器的溫度曲線及智能調(diào)整等特點，詳細(xì)的描述了高精度智能溫度變送器在現(xiàn)場校準(zhǔn)的方式，給出了兩種高精度智能溫度變送器的校準(zhǔn)方式 － 單點修正和區(qū)間修正。
高精度溫度變送器特點
智能/高精度溫度變送器在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優(yōu)異表現(xiàn)，即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中依然能夠可靠應(yīng)用，同時，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用徹底克服了傳統(tǒng)溫度變送器線性差的缺點。智能/高精度溫度變送器與早期的 DDZ 型溫度變送器#大的區(qū)別是溫度曲線并不是完全固化在變送器電路板上，可以由軟件更改，并且取消了 DDZ 型溫度變送器的零點/量程調(diào)整電位器。故此智能溫度變送器的現(xiàn)場調(diào)校與 DDZ 型溫度變送器有了明顯的區(qū)別。
2 智能/高精度溫度變送器修正值問題
溫度變送器現(xiàn)場校準(zhǔn)要得到兩個數(shù)據(jù)—校準(zhǔn)點的修正值和不確定度。本文僅探討修正值問題，不探討不確定度。
溫度變送器不能通過基準(zhǔn)值的定值以做到對校準(zhǔn)點的現(xiàn)場修正。此為校準(zhǔn)點的準(zhǔn)確度問題，壓力變送器可通過對基準(zhǔn)點的定值做到校準(zhǔn)點的準(zhǔn)確度 現(xiàn) 場 修 正，例 如 壓 力 變 送 器 的 0 點 定 值( 菜單項下 ZEＲO/SPAN TＲIM) 。
壓力的轉(zhuǎn)換式為: p = F0 + A·ΔF ( 1)式中: p 為壓力值，F(xiàn)0 為基準(zhǔn)值 ( 基準(zhǔn)電感值等電信號) ; A 為系數(shù)，ΔF 為電信號變量。可以看出轉(zhuǎn)換公式是線性的，基準(zhǔn)值的改變不會影響線性。所以壓力變送器可以對基準(zhǔn)點定值。這里所說的基準(zhǔn)點的定值，本質(zhì)上也是基準(zhǔn)點的遷移。例如在壓力變送器通大氣壓的情況下( 這里假定大氣壓對應(yīng)壓力 0 點值) ，變送器的壓力輸出不等于 0 ( 4. 0 mA) ，無論是壓力轉(zhuǎn)換隔膜老化還是信號轉(zhuǎn)換元器件老化引起，都可以通過菜單項下的 0 點調(diào)整將 0 點定值 ( 菜單項下零點調(diào)整) 。其本質(zhì)是將式 ( 1) 中的 F0 變?yōu)榱?F1，僅改變直線起點不會改變直線斜率，也就是對 0點的準(zhǔn)確度進(jìn)行修正。因?qū)鶞?zhǔn)點 ( 可為任意一個點) 的修正不影響整個量程的線性，故此對基準(zhǔn)點的定值也是對整個壓力變送器量程校準(zhǔn)點準(zhǔn)確度的修正 ( 不考慮全量程非線性誤差的情況) 。溫度的轉(zhuǎn)換公式為 ( 以 Pt100 ( 0 ～800) ℃為例) :
ＲT = Ｒ0 ( 1 + A·T + B·T2) ( 2)
式中: ＲT 為在溫度 T 時的電阻值; Ｒ0 為基準(zhǔn)電阻值 ( 0 ℃ 時 100 Ω) ; A、B 為系數(shù); T 為溫度值。可以看出轉(zhuǎn)換公式是非線性的，基準(zhǔn)值的改變影響其余 所 以 點。故溫度變送器不可以對基準(zhǔn)點( 任一點) 定值。在智能溫度變送器的調(diào)整菜單中已經(jīng)沒有了零點/量程調(diào)整一項。早期的 DDZ 型溫度變送器可以調(diào)整零點/量程，是以降低精度為代價。因為零點的每一次調(diào)整都改變了基準(zhǔn)點的位置，進(jìn)而增加了實際曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線之間的誤差。所以，對于智能高精度溫度變送器是不能改變基準(zhǔn)點數(shù)值的，只能通過補償，修正基準(zhǔn)值。
3 溫度變送器的單點修正
一體化溫度變送器現(xiàn)場應(yīng)用多用于工藝點的監(jiān)測，工藝點波動較小，可近似認(rèn)為單一固定點。所以對溫度變送器工藝點的校準(zhǔn)，也即是對單一點的修正。其修正方式分為修正值修正和現(xiàn)場變送器量程遷移修正兩種。
修正值修正即工藝點單一點校準(zhǔn)，得出修正值， 在 DCS 軟件進(jìn)行溫度修正。例如工藝點為 50 ℃，實際溫度變送器輸出為 55 ℃ ( 由實際電流值導(dǎo)出，此處為方便說明采用溫度值) ，則修正值為 50 ℃ － 55 ℃ = －5 ℃，然后在 DCS 軟件設(shè)定溫度修正即可。具體數(shù)值計算可參見表1 遷移量程對比。
現(xiàn)場變送器量程遷移則為工藝點單一點校準(zhǔn)，得出修正值，依據(jù)修正值對溫度變送器進(jìn)行量程遷移。例如工藝點為 50 ℃，實際溫度變送器輸出為 55 ℃，溫度變送器量程0 ～ 100 ℃，則量程遷移5 ℃，變更為 5 ～ 105 ℃ ( 實際遷移以電流值為準(zhǔn)，此處方便說明) 。此種方式wuxu改變 DCS，DCS 控制輸入即為工藝點的 50 ℃。
溫度變送器工藝點工藝單一點波動范圍小，即可認(rèn)為在小范圍內(nèi)線性。一般認(rèn)為工藝點在正負(fù) 2 ℃范圍內(nèi)波動均可應(yīng)用工藝點單一點校準(zhǔn)修正。單點量程遷移亦即單點現(xiàn)場修正，準(zhǔn)確度問題只對系統(tǒng)誤差有效。精度等級還是由單點數(shù)據(jù)的離散型決定的，即單點的不確定度。如單點數(shù)據(jù)離散性好，則單點修正效果好，反之則效果差。
4 溫度變送器的區(qū)間修正
溫度變送器校準(zhǔn)點的修正值如應(yīng)用到變送器的整個量程，從式 2 可以得出—應(yīng)轉(zhuǎn)換公式非線性，則要滿足全量程的修正公式，需足夠多的校準(zhǔn)點修正值進(jìn)行擬合。這在整個量程來說擬合曲線的工作量過大，難以實行。一般的做法是選取常用點范圍內(nèi)的100 ℃范圍區(qū)間，即認(rèn)為在100 ℃區(qū)間范圍內(nèi)線性，近似為理想曲線，以減少計算量。溫度變送器的區(qū)間修正同單點修正相同，采用修正值修正和現(xiàn)場變送器量程遷移修正兩種。
修正值修正，在 100 ℃ 區(qū)間范圍內(nèi)每隔 10 ℃校準(zhǔn)，即得到 11 個修正值，選取修正值中#大概率中間值或加權(quán)平均數(shù)作為區(qū)間修正值，在 DCS軟件進(jìn)行溫度修正。例如數(shù)據(jù)見表 2( 方便說明僅選取6 組數(shù)據(jù)) ，則溫度修正值為3. 2 ℃或3. 18 ℃。
現(xiàn)場變送器量程遷移修正，在 100 ℃ 區(qū)間范圍內(nèi)每隔 10 ℃校準(zhǔn)，即得到 11 個修正值，選取修正值中#大概率中間值或加權(quán)平均數(shù)作為區(qū)間修正值，依據(jù)修正值對溫度變送器進(jìn)行量程遷移。區(qū)間范圍修正是假設(shè)溫度變送器的修正曲線線性的，其準(zhǔn)確度等級相對工藝點單一點修正低。同時量程遷移后，要重新進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定遷移后的數(shù)據(jù)是否滿足溫度變送器的準(zhǔn)確度等級要求。可依據(jù)遷移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次遷移。滿量程的遷移也是建立在誤差為線性的假設(shè)上的。如果誤差是非線性的，則現(xiàn)場量程遷移效果將不能滿足要求。同時由于溫度對應(yīng)曲線的特殊性，這里要使修正范圍在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上盡量窄小。以滿足在修正量程內(nèi)溫度對應(yīng)曲線為線性的。
5 總結(jié)
JJF 1183 《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》有準(zhǔn)確度等級要求，這與一般的校準(zhǔn)規(guī)范有區(qū)別。在溫度變送器量程遷移后的校準(zhǔn)，要參考此準(zhǔn)確度等級。同時，以羅斯蒙特644 型溫度變送器為例，調(diào)整菜單中有，傳感器輸入調(diào)校，變送器 － 傳感器匹配，輸出調(diào)校，輸出換算調(diào)校。此幾項調(diào)整也可減少系統(tǒng)誤差，增加準(zhǔn)確度。實際的溫度變送器現(xiàn)場校準(zhǔn)和修正，一般是先執(zhí)行這幾項調(diào)整，再進(jìn)行量程的遷移。
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