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| 压力变送器检定规程与校准的3种方法解析 | |||
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随着现代化工业水平的逐步提高，企业对工业过程测量的准确度要求也越来越高，压力变送器作为现场压力测量的主要仪器设备被广泛应用。压力变送器与数据采集器、信号处理系统和终端显示等单元一起构成现场压力测量系统(见图1)。压力变送器的输出信号(信号可以是电压(V)、电流(mA)、频率(Hz)等模拟信号或数字信号)经数据采集器和信号处理等环节，在显示终端显示压力测量结果。
图1现场压力测量系统
由于工艺参数测量以及安装部位的重要性要求，并结合使用过程中工况环境和使用环境对压力变送器等仪器设备计量性能的影响，因此对于新安装和经过一段时间使用的压力变送器，甚至整个压力测量系统的计量性能，需要进行校准，确保其计量性能符合生产过程的工艺要求。
本文从现场安装压力变送器的类型(输出为模拟信号或数字信号)、属于新安装的还是使用中的、并结合现场工作的实际情况和使用单位的特殊要求，对现场安装的压力变送器进行计量校准提出3种校准方法。
二、校准方法
方法一:只对压力变送器进行校准
依据JJG882-2004《压力变送器》检定规程的要求，对压力变送器的计量性能进行校准。方法适用于以下两种情况:
(1)被校准压力变送器输出为数字信号(智能压力变送器)。因其输出为数字信号，故其构成的整个压力测量系统中没有数据采集器，其信号直接经过显示单元进行显示，后续信号传递、转换过程中不产生系统误差。
(2)被校准压力变送器属于检定、校准周期内的临时校准。当根据现场实际情况(例如做重大实验项目前)需要对压力变送器进行校准时，数据采集器因未到校准周期可不进行，而只对压力变送器进行临时校准。
方法二:对压力变送器及数据采集器等分立元件分别进行校准
对压力变送器及数据采集器分别进行校准。其中数据采集器计量性能的校准依据JJF1048-1995《数据采集系统校准规范》进行。方法适用于以下两种情况:
(1)由压力变送器、数据采集器及显示单元组成的整个压力测量系统属于周期检定或校准时，对每一组成部分分别进行校准。
(2)当整个压力测量系统的误差超过允许误差时，应对每一部分进行校准，找出超差的原因，经调修后再进行校准。
方法三:对整个压力测量系统进行系统校准
依据JJG875-2005《数字压力计》检定规程的要求，对压力测量系统的计量性能进行校准。系统校准方法是将现场压力测量系统看作一个整体(类似于一台数字压力计)，即在压力变送器的输入端输入标准压力信号，将图2中虚框内的部分作为一个黑匣子，不考虑压力变送器输出电信号的转换及处理过程，在显示终端读取压力测量系统示值。方法适用于以下两种情况:
图2压力测量系统校准原理图
(1)需要得到整个压力测量系统的准确度。
(2)现场环境或条件不利于测量系统的拆卸、不能长时间停产进行各部分的校准。
三、实例分析
第一汽车集团公司技术中心发动机试验室是对新研制的发动机进行试验，用于发动机试验的系统上安装了大量的压力变送器，为了得到准确的实验数据，在进行实验前需要对整个压力测量系统进行校准，企业要求在尽可能短的时间内完成校准，并希望得到直观的系统误差，以分析是否满足实验需要。
被校准压力测量系统描述:压力测量元件为(0～250)kPa的压力变送器，其输出信号(4～20)mA经数据采集器采集并转换为数字信号，通过RS232通信将数字信号传输给计算机，经过数据处理在计算机显示器上显示压力值(0～250)kPa。
分析:只对压力变送器进行校准无法得到系统的准确度，因此，分别采用对各分立元件(系统各组成部分)依次进行校准和系统校准两种方法对该压力测量系统进行校准。
第一种方法:对分立元件依次进行校准。
首先，对压力变送器进行校准。使用的标准器为数字压力校验仪，参考依据为JJG882-2004。
在压力变送器输入端依次加入0kPa、50kPa、100kPa、150kPa、200kPa、250kPa标准压力，在数字压力校验仪或标准电流表上读取相应电流值，其校准数据如表1所示。
表1压力变送器校准数据
其次，对数据采集器、信号处理等部分进行校准。使用的标准器为标准电流源，参考依据为JJF1048-1995。
将数据采集器的输入端接线断开，接入标准电流信号，标准电流源依次输出4mA、7.2mA、10.4mA、13.6mA、16.8mA、20.0mA标准电流，在计算机显示器上读取压力值，其校准数据如表2所示。
表2数据采集器、信号处理等部分校准数据
第二种方法:采用系统校准方法。
使用的标准器为数字压力校验仪，参考依据为JJG875-2005。
在压力变送器输入端依次加入0kPa、50kPa、100kPa、150kPa、200kPa、250kPa标准压力，在计算机显示器上读取压力值，其校准数据如表3所示。
表3系统校准方法校准数据
四、方法比较
结合以上实例，我们得出系统校准方法比其他两种方法更具有优越性，主要体现在:
1.明确压力测量系统的准确度
系统校准方法可以通过表3比较直观地得到各点的示值误差，对整个测量系统的准确度有明确的认识；只校准压力变送器不能得到整个系统的准确度；而对测量系统的各分立元件进行校准，不能简单地将示值误差(见表1和表2)直接进行代数和运算，因此无法得到各点的示值误差。不能满足用户的需要，也就失去了校准的实际意义。
2.减少工作量、节约时间
通过对实例中校准过程的描述，可以清楚地分析出系统校准方法与只对压力变送器的校准方法工作量相同，是分立元件进行校准方法工作量的1/2。
3.减少使用的标准器设备，降低校准费用
对压力测量系统进行系统校准只需要压力标准器即可；而对分立元件进行校准还需要传输信号的标准信号源，信号传输和转换过程越复杂，分立元件越多，采用的标准器也就越多，势必会增加校准费用。因此采用系统校准的方法可以减少使用的标准器，降低校准费用，做到既节约资源又为企业节约生产成本。
4.减少拆装，避免接线影响
对压力变送器和各分立元件进行校准需要拆卸一些连接线，现场的仪表柜和控制柜里面有大量的接线，接线不牢固或接错线都会造成意想不到的严重后果，即使及时发现问题，但解决起来也很麻烦。而系统校准不需要这些环节，也就避免了这些影响，减少了不必要的麻烦。
系统校准的缺点是，在校准过程中，如果整个测量系统的系统误差超出允许误差需要调整时，还是要采用对各分立元件进行单独校准，找出超差的原因并进行调修。因此，在实际工作中可能需要采用以上3种方法的组合形式进行校准。
五、结束语
本文提出了对现场压力变送器校准的3种方法，通过实例进行分析，认为系统校准方法优于其他两种方法。鉴于以上分析可以得出，对由压力变送器组成的压力测量系统进行校准时，系统校准方法应是我们现场实际校准工作中的首选。此外，系统校准方法也可以应用到许多其他项目(如热电偶、热电阻等传感器)的现场校准工作中。
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