過程儀表模擬熱電偶輸出的兩種校準(zhǔn)方法比較

摘要:過程儀表校驗(yàn)儀是常見的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備。針對(duì)校準(zhǔn)過程中模擬熱電偶輸出功能測量超差的某-臺(tái)過程儀表校驗(yàn)儀設(shè)備,文章依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范采用了兩種方法完成校準(zhǔn)。文章通過對(duì)兩種方法的比對(duì)和研究得出了可靠的校準(zhǔn)結(jié)論。
引言
　　過程儀表校驗(yàn)儀是化工電力等工礦企業(yè)及計(jì)量檢測實(shí)驗(yàn)室常用的儀器設(shè)備。過程儀表校驗(yàn)儀主要特點(diǎn)是同時(shí)具有獨(dú)立的電信號(hào)測量單元和電信號(hào)輸出單元過程儀表校驗(yàn)儀模擬熱電偶輸出是必須校準(zhǔn)的項(xiàng)目之一其校準(zhǔn)的依據(jù)一般是JF1472--2014《過程校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》，也可依據(jù)JJF1309-2011《溫度校準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)M熱電偶輸出功能是校準(zhǔn)過程中非常不容易判斷被校儀器是否超差的校準(zhǔn)項(xiàng)目。判斷儀器超差需要非常慎重因此確保測量過程的可靠性非常重要。
1模擬熱電偶輸出的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)結(jié)果
　　在一次對(duì)某臺(tái)過程儀表認(rèn)證校驗(yàn)儀設(shè)備的校準(zhǔn)過程中根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果和客戶提供的設(shè)備最大允差對(duì)比初步得出了“其K型模擬熱電偶輸出功能超差’’的結(jié)論。本著計(jì)量工作的嚴(yán)謹(jǐn)性仔細(xì)研究JJF1472--2014和適用于模擬熱電偶過程信號(hào)的JJF1309--2011中的校準(zhǔn)方法。依據(jù)兩個(gè)規(guī)范中提供的方法得到了兩組不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1.1依據(jù)JJF1472--2014
1.1.1校準(zhǔn)方法
　　過程儀表校驗(yàn)儀中模擬熱電偶輸出功能校準(zhǔn)連接圖根據(jù)JJF1472-2014《過程儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范>6.2.5所述。將標(biāo)準(zhǔn)器和過程儀表校驗(yàn)儀通過銅導(dǎo)線直接相連校驗(yàn)儀輸出模擬熱電偶信號(hào)(K型)分別讀取標(biāo)準(zhǔn)器和校驗(yàn)儀的示值記錄并比對(duì)。
1.1.2校準(zhǔn)結(jié)果
　　客戶給出的該過程儀表校驗(yàn)儀的K型模擬模擬熱電偶輸出校準(zhǔn)的最大允許誤差指標(biāo)為±0.4℃,表1是利用FLUKE5520A作為標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)備得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從測量結(jié)果來看所得數(shù)據(jù)不符合客戶要求部分?jǐn)?shù)據(jù)超過最大允差。
 
1.2依據(jù)JJF1309--2011
1.2.1校準(zhǔn)方法
　　依據(jù)JJF1309--2011《溫度校準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》6.2中提出的校準(zhǔn)方法利用0℃恒溫槽作為冷端補(bǔ)償通過直流電壓源或直流電流表對(duì)具有參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪M熱電偶溫度輸出進(jìn)行校準(zhǔn)。
　　0℃恒溫槽法就是采用直流電壓源或直流電壓表作為標(biāo)準(zhǔn)器校驗(yàn)儀的模擬熱電偶溫度測量端(或模擬熱電偶輸出端)用補(bǔ)償導(dǎo)線引出標(biāo)準(zhǔn)器的電壓輸出端(或測量端)通過銅導(dǎo)線引出"。補(bǔ)償導(dǎo)線和銅導(dǎo)線的引出端連接,并將連接點(diǎn)放置于0C恒溫槽內(nèi),并確認(rèn)開啟過程校驗(yàn)儀參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。補(bǔ)償導(dǎo)線必須是與被測的模擬熱電偶為同種型號(hào),且極性不能接反。
1.2.2校準(zhǔn)結(jié)果
　　采用0℃恒溫槽的校準(zhǔn)方法,再次對(duì)某型號(hào)過程校準(zhǔn)儀的K型模擬熱電偶輸出功能進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)器使用了安捷倫3458A、0℃恒溫槽和補(bǔ)償導(dǎo)線,得到的數(shù)據(jù)如表2所示。表2中的數(shù)據(jù)滿足了客戶提供的最大允差在±0.4℃范圍內(nèi)的要求。
 
1.2.3冷端補(bǔ)償
　　0℃恒溫槽法又可稱為冷端補(bǔ)償法。熱電偶的測溫原理是由于熱電偶兩端的溫度不同而產(chǎn)生了電勢差,即熱電效應(yīng)。熱電偶的溫度熱電勢曲線是在冷端溫度為0℃時(shí)分度的。然而在實(shí)際應(yīng)用中,熱電偶是暴露在環(huán)境中的冷端溫度不可能恒定為0C這樣在測溫的過程中就會(huì)產(chǎn)生測量誤差。為了消除這種誤差要采用冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。
　　測量模擬熱電偶輸出信號(hào)的原理與測量熱電偶的原理是相似的。FLUKE5520A中也有冷端補(bǔ)償?shù)哪K但是在環(huán)境不穩(wěn)定的情況下測量存在的誤差較大。因此想要正確地測量模擬熱電偶輸出信號(hào)需要使得參考端溫度恒定。所以利用0℃恒溫器標(biāo)準(zhǔn)器作為冷端環(huán)境對(duì)其參考端進(jìn)行溫度補(bǔ)償修正確保溫度測量的正確性”。
2兩種方法的比較
　　根據(jù).上述的實(shí)驗(yàn)可知采用兩種不同的方法對(duì)同一個(gè)過程校驗(yàn)儀的K型模擬熱電偶進(jìn)行校準(zhǔn)卻得到了兩種不同的結(jié)果。利用FLUKE5520A直接測量得出的結(jié)論是設(shè)備超差利用0℃恒溫槽法得到設(shè)備狀態(tài)正常的結(jié)論。這樣的情況是不合理的。因此我們對(duì)兩種方法的不確定度進(jìn)行了分析。
2.1直接測量法
　　查閱FLUKE5520A超級(jí)多功能校準(zhǔn)器的技術(shù)指標(biāo),得到表3的數(shù)據(jù)。根據(jù)JJF1472--2014《過程儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》5.2的要求校準(zhǔn)時(shí)由標(biāo)準(zhǔn)器、輔助設(shè)備及環(huán)境條件所引起的擴(kuò)展不確定度(k=2)不大于校驗(yàn)儀最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。客戶送檢儀器的最大允許誤差要求在±0.4CFLUKE5520A并不滿足作為測量標(biāo)準(zhǔn)器的要求。因此此次測量結(jié)果并不可靠無法得出被檢儀器超差的結(jié)論。
 
2.22.2.0℃恒溫槽法
　　采用0℃恒溫槽法進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),使用的標(biāo)準(zhǔn)器有安捷倫3458A0℃恒溫槽和補(bǔ)償導(dǎo)線。首先用A類不確定度對(duì)安捷倫3458A的測量重復(fù)性進(jìn)行評(píng)定。然后根據(jù)3458A的最大允差進(jìn)行B類不確定度評(píng)定最終得到3458A的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。再引用.上級(jí)溯源報(bào)告獲得補(bǔ)償導(dǎo)線和0C恒溫器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。根據(jù)以上數(shù)據(jù)獲得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。最后根據(jù)ITS90《常用熱電偶熱電阻分度表》將此擴(kuò)展不確定度單位換算成攝氏度。
 
　　表4是0℃恒溫器法整套標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度評(píng)定結(jié)果。可見該裝置滿足“三分之一”法則的要求測得結(jié)果正確可靠。則我們可以得出該被檢儀器性能良好的可靠結(jié)論。
3結(jié)束語
　　以上結(jié)果表明,在本次的校準(zhǔn)過程中,FLUKE5520A并不能作為標(biāo)準(zhǔn)器完成設(shè)備校準(zhǔn)。因此其校準(zhǔn)得到的結(jié)果一-設(shè)備超差，也并不可靠。在進(jìn)行校準(zhǔn)工作之前要確保由標(biāo)準(zhǔn)器輔助設(shè)備及環(huán)境條件所引起的擴(kuò)展不確定度(k=2)不大于校驗(yàn)儀最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。從兩個(gè)方法比較中可看出JJF1472--2014《過程儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》適用于校準(zhǔn)正確度比較低的工作用過程校準(zhǔn)器,而JJF1309-2011《溫度校準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》適用于實(shí)驗(yàn)室用的正確度比較高的可作為標(biāo)準(zhǔn)器的過程校準(zhǔn)器。