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利用过程校验仪优化测量系统的案例

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发表于 2017-5-11 11:32:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
 


  图1.典型过程温度测量系统的示意图。

  通过优化环路校准测量系统,使其更好地支持温度检测元件的独有特征,
能够大幅提高性能。所有温度探头及其检测元件都是独一无二的,材料、结构、用途或者使用环境均各有不同。这种独特性贯穿于传感器的整个使用寿命期间,表现形式为机械冲击和振动引起的漂移,或者暴露于被测材料时污染引起的漂移。只有通过定期检定,才能适应这些差异和变化,提高总体测量性能。

  在许多工业和商业过程中,温度的角色非常重要。例如医药公司的灭菌、航空航天行业为确保最佳强度而进行的金属热处理、冷库中的温度检定,以及大气和海洋研究。在所有温度测量应用中,传感器对结果的影响非常大;遗憾的是,在很多测量中,没有通过优化系统来获得温度传感器的最佳性能。
  系统准确度比较:使用Pt100 (IEC751) RTD测量150 °C,

  变送器跨距为0至200 °C

  标准RTD准确度特征化RTD准确度

  Rosemount 644H型± 0.15 °CRosemount 644H型± 0.15 °C

  标准RTD± 1.05 °C匹配(被校准) RTD± 0.18 °C

  总系统± 1.06 °C总系统± 0.23 °C

  采用RSS统计法计算总系统准确度

  表1

  图2.

  图3.利用经过校准的Pt100传感器,提高系统准确度。



  Rosemount Inc.以表1为例,给出了关于644H型智能温度变送器可能实现的性能改善的信息。为实现这一性能改善,为Rosemount 644H提供信息(Callendar Van Dusen方程系数),使其能够修正温度检测元件的独特性能,本例中为标准IEC751 Pt100传感器。

  干井和微型恒温槽是检定温度探头及其他相关传感器的上佳选择,但是本身没有能力校准变送器的输出或读数装置,不能优化整个测量环路。为了实现并保持上述的性能改善,需要一个热源,并结合能够校准变送器和读数装置的智能电子式过程校准器。



  将Fluke 754多功能校验仪的自动化和文档化功能与福禄克计量校准部的智能、高稳定度系列现场干井及微型恒温槽相结合,很容易检定温度传感器和测量电路的特性。利用这些信息,即可通过调节整个环路来优化系统测量性能。以下是关于如何利用这些仪器来优化测量系统的一些例子。

  通过串行RS-232接口电缆,将Fluke 754多功能校验仪连接至福禄克计量校准部干井或微型恒温槽。用户可从福禄克授权经销商购买电缆,或者直接从福禄克计量校准部代表处购买。热源连接至754压力端口,通过754 TC/RTD密钥进行访问。由于这些测试的时间较长,建议将使用的754充满电或连接电池充电器。设备连接示意图请参见图4。



  图4.将Fluke 754连接至福禄克计量校准部干井。

  在很多过程应用中,选择用于测量温度的仪器为变送器,接收温度传感器的输出,
大多数应用中,该解决方案

  图5.Fluke 754和福禄克计量校准部干井,校准4-20 mA变送器和温度传感器。



  的性能足够。但如果应用中包括独特形状的传感器,可能就需要考虑使用微型恒温槽。如果需要提高热源准确度,可使用参考级温度计以及754多功能校验仪的用户输入参数值功能。关于754多功能校验仪用户输入参数值功能的更多信息,请参考应用文章1263925。

  连接好之后,即可获取变送器配置(如果变送器具有HART通信功能)、设置测试参数,以及将校准器配置为mA测量,干井控制作为输出参数。

  按754多功能校验仪上的HART键,使校准器获取支持HART通信的变送器的配置。下图为获取的配置信息示例。

  再次按754上的HART键,将出现以下屏幕,其中包括多个选项,用于将校准器配置为正确参数。
只需利用754在下图所示的HART SETUP (HART设置)屏幕中输入参数值。对于模拟变送器,需要在输出相应温度值的同时,对调零和跨距机构进行机械调整。754多功能校验仪具有方便的菜单键,用户只需按一下按键,很容易设置干井的修正值。

  利用特征化传感器和校准常数校准及调节测量系统

  降低不确定度及优化温度测量系统的另一种方法是严谨地特征化温度传感器、计算修正系数并将这些修正系数装载至测量设备。上述Rosemount 644H例子中就采用这种方法。这种方法能够更好地减小传感器引起的测量系统误差,但要求变送器具有支持传感器的修正或线性化



  算法。例如,铂RTD一般采用Callendar-Van Dusen (CVD)方程来线性化传感器的输出。经过特征化的传感器将提供独特的CVD系数,可输入至变送器,使其转换算法与传感器的独有特征更加匹配。

  与干井相连接的Fluke 754多功能校验仪有助于收集特征化传感器所需的必要信息,以及对收集到的数据进行曲线拟合的能力。

  对探头进行特征化的方法类似于以上程序,但不是测量变送器输出,而是将传感器输出直接连接至754多功能校验仪。下图所示为754收集的温度传感器的数据示例。



  图6. 福禄克计量校准部的TableWare软件计算独有的CVD常数,使其与探头特征相一致。

  可通过图6所示的屏幕将此类数据输入至福禄克计量校准部的软件,然后计算该探头的CVD常数。

  然后即可将这些系数输入至相应的测量设备,使其线性化方法与探头的特征相一致。

  总结

  利用干井与过程校准器组合,能够检定和调节测量系统,优化测量性能。通过检定整个测量系统,即可将检测元件的独有特征与测量电子装置相组合,将测量误差最小化,从而大幅减小测量误差。Fluke 754多功能校验仪与福禄克计量校准部干井相组合,使这一过程更加快捷、

  简便。

  
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