談?wù)劅峁x表校驗(yàn)儀

劉愷

[摘 要] 詳細(xì)介紹了熱工儀表檢驗(yàn)儀的工作原理以及技術(shù)指標(biāo),論述了應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，并提出了一個(gè)有效校準(zhǔn)方法，具有一定參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] 熱工儀表校驗(yàn)儀技術(shù)指標(biāo)檢定校準(zhǔn)

0.前言

熱工儀表校驗(yàn)儀作為檢定熱工儀表、過程儀表的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備已在許多檢測部門應(yīng)用，為在化工、能源、食品、醫(yī)藥生產(chǎn)等各行各業(yè)廣泛使用的熱工儀表和過程儀表在線測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供有力的技術(shù)保障。熱工儀表校驗(yàn)儀的操作規(guī)程，將進(jìn)一步完善熱工儀表的整體系統(tǒng)，提高各行業(yè)使用熱工儀表進(jìn)行在線測量的準(zhǔn)確性。

1.熱工儀表校驗(yàn)儀概述

1.1 熱工儀表校驗(yàn)儀的特點(diǎn)

熱工儀表校驗(yàn)儀是為高精度、多功能校準(zhǔn)熱工儀表而設(shè)計(jì)的臺(tái)式校驗(yàn)儀表，采用高亮度帶背光大屏幕、中文菜單顯示，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能夠在儀表車間、計(jì)量室、校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室使用，滿足對各種熱工儀表的檢定、校準(zhǔn)及維護(hù)的需要；能夠?qū)Χ喾N熱電偶等信號(hào)進(jìn)行測量，并表示為溫度值；具備參考端溫度補(bǔ)償功能，并能模擬輸出熱電阻等不同溫度相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電量值；能夠輸出并測量直流電壓或電流值、電阻。

用戶可以通過人機(jī)界面將需要測量或是顯示的數(shù)據(jù)輸入電路中，由處理器接受并執(zhí)行傳遞過來的指令，在完成相應(yīng)的指令后將結(jié)果顯示在儀器的顯示屏上。由于熱電阻與熱電偶的溫度、電量數(shù)值呈現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)，通常在電路中添加外擴(kuò)的程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。非線性補(bǔ)償可以采用公式計(jì)算、陣列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)查表的方式，或是結(jié)合使用2種方法。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

以FY-4000—7型熱工儀表校驗(yàn)儀為例，采用背光液晶顯示，Windows界面，操作便捷，功能齊全，精度為0.02％。定值輸出：熱電偶，K、S、E、T、 J、 B、R、N； 熱電阻，Ptl000、Ptl00、Ptl0、Cul00、Cu50；仿真電阻，0～ l KΩ；電壓，0～±100mV和0～±10V;電流，O～±25mA；頻率，0～1 kHz。步進(jìn)輸出：可使用0.01％、0.2％、10％ 3種速率，進(jìn)行正反向連續(xù)輸出，具體數(shù)值與定值輸出數(shù)值的范圍相同。

1.3 常見故障及解決方法

熱工儀表校驗(yàn)儀常見的故障以下幾點(diǎn)：

(1)數(shù)碼管不亮?xí)r，應(yīng)檢查電源輸入保險(xiǎn)、電源線和電源開關(guān)是否良好，確認(rèn)無誤后檢查穩(wěn)壓電量輸出、顯示板引線是否良好；

(2)信號(hào)無輸出時(shí)，將量程開關(guān)選為5 v輸出方式，使用萬用表測量輸出端是否有輸出，以確定是調(diào)節(jié)電路還是輸出端故障，并進(jìn)一步確認(rèn)調(diào)節(jié)電路的電源、基準(zhǔn)穩(wěn)壓管、電阻元件或是輸出端引線等部位是否良好；

(3)輸出不穩(wěn)時(shí)，基準(zhǔn)電壓不變的情況一般是調(diào)節(jié)電位器接觸不良，可以用無水乙醇清洗電阻體和相關(guān)觸點(diǎn)，基準(zhǔn)電壓變化的情況應(yīng)更換調(diào)節(jié)電位器；

(4)輸出信號(hào)誤差大時(shí)，用萬用表測量輸出量程電阻，如果是20 mA電流誤差大應(yīng)檢查分流電阻，如果是100mV和5V誤差大應(yīng)檢查分壓電阻、量程開關(guān)，如果兩者誤差都很大，應(yīng)確認(rèn)A／D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓，將其調(diào)整成1 V；

(5)信號(hào)不能輸入時(shí)，應(yīng)檢查輸入保險(xiǎn)、分流電阻。

2.校準(zhǔn)方法

2.1 校準(zhǔn)條件

熱工儀表校驗(yàn)儀能夠輸出各種電信號(hào)，例如電阻信號(hào)、直流毫伏信號(hào)、直流毫安信號(hào)和電壓信號(hào)，并具備很好的精度，因此，熱工儀表校驗(yàn)儀校驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)選擇測量電信號(hào)不確定度在校驗(yàn)儀允許誤差20％～33％之間的測量標(biāo)準(zhǔn)器。恒溫器應(yīng)選擇可以調(diào)節(jié)的，均勻性在0.O5℃ 以內(nèi)，導(dǎo)線應(yīng)選擇校準(zhǔn)電阻信號(hào)的專用導(dǎo)線。

2.2 校準(zhǔn)基本誤差的方法

(1)使用熱工儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)熱電阻信號(hào)時(shí)，應(yīng)根據(jù)國家檢定規(guī)程使用4根專用導(dǎo)線連接測量標(biāo)準(zhǔn)器，得出電阻信號(hào)基本誤差，根據(jù)分度表得到不同分度情況下的溫度誤差。

(2)使用熱工儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)熱電偶信號(hào)時(shí)，應(yīng)對直流毫伏信號(hào)輸出和冷端誤差分別進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)直流毫伏信號(hào)輸出誤差應(yīng)按照相關(guān)的檢定規(guī)程連接標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)，將數(shù)字多用表設(shè)為mV檔并選擇相應(yīng)的量程，將其連接到需要校準(zhǔn)儀表的熱電偶輸出端。采用相關(guān)檢定規(guī)程中檢測校準(zhǔn)點(diǎn)電量值的方法，輸出信號(hào)從下限開始逐漸增大，使用數(shù)字多用表測量模擬熱電偶輸出溫度值、電量值，達(dá)到上限后降低輸入信號(hào)，使用數(shù)字多用表測量模擬熱電偶輸出溫度值、電流值，直到達(dá)到下限。將誤差最大的測量數(shù)值作為最大基本誤差，根據(jù)儀表輸出的電量值、測量出的電量值和一定的修正值，能計(jì)算出基本誤差。

這種方法也存在一定的不足，主要是該方式適用于不具備熱電偶溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒峁x表校驗(yàn)儀，不能滿足具備溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒峁x表校驗(yàn)儀的使用要求，而目前大多數(shù)熱工儀表校驗(yàn)儀都具備參考端溫度補(bǔ)償功能。另外，修正值不容易計(jì)算，實(shí)際溫度會(huì)與修正值的溫度有一定差異，導(dǎo)致測量標(biāo)準(zhǔn)器再精準(zhǔn)也不能有效降低熱工儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)的不確定度。

(3)熱工儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)熱電偶信號(hào)時(shí)，基本誤差主要包括直流毫伏信號(hào)與冷端補(bǔ)償存在的誤差。根據(jù)相關(guān)檢定規(guī)程的要求，檢定基本誤差要將被檢定儀表插入冰點(diǎn)槽，并使用銅導(dǎo)線連接信號(hào)源，通過輸入直流毫伏信號(hào)對儀表誤差進(jìn)行測量。使用類似的方法可以對溫度校驗(yàn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，將溫度校驗(yàn)儀作為被檢定儀表，將可調(diào)節(jié)的恒溫槽作為恒溫器，將測量標(biāo)準(zhǔn)器作為信號(hào)源，并針對熱工儀表校驗(yàn)儀的使用情況，校準(zhǔn)熱電偶不同溫度對照的毫伏值。

冷端誤差校準(zhǔn)可以將溫度校驗(yàn)儀和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)與恒溫槽連接，該方法對恒溫槽偏差沒有太高的要求，但均勻性不能超過0.05℃。恒溫槽的溫度開始設(shè)為20℃ ，用補(bǔ)償導(dǎo)線連接冷端輸入端和恒溫槽，用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)對恒溫槽溫度進(jìn)行測量，使用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)時(shí)應(yīng)保持玻璃泡與補(bǔ)償導(dǎo)線短接端盡量接近并處于同一高度，待槽溫、冷端溫度處于恒定后再測量參考端電動(dòng)勢值，并換算成溫度值。按一定幅度對恒溫槽溫度進(jìn)行調(diào)整，待溫度恒定后再次測量熱電動(dòng)勢值，重復(fù)測量直至熱電動(dòng)勢值或是調(diào)整幅度接近零，則認(rèn)為恒溫槽與冷端溫度保持一致。使用被校準(zhǔn)的校驗(yàn)儀測量溫度，讀取儀器指示值和溫度計(jì)讀數(shù)。然后，拆下參考端，接上銅導(dǎo)線，并放入恒溫槽。短接端需要與參考端盡量接近并保持同一深度，銅導(dǎo)線兩端接到標(biāo)準(zhǔn)器上測量熱電動(dòng)勢值，根據(jù)儀器測量的溫度顯示值、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的讀數(shù)、熱電偶在該溫度下的微分電動(dòng)勢和補(bǔ)償導(dǎo)線一定溫度下的修正值計(jì)算出冷端補(bǔ)償誤差。根據(jù)計(jì)算結(jié)果和熱電偶分度表能夠換算出不同熱電偶的溫度值。通過將熱工儀表校驗(yàn)儀的基本誤差分為直流毫伏信號(hào)和冷端補(bǔ)償兩部分誤差，有效地減少了補(bǔ)償導(dǎo)線以及冷端測量導(dǎo)致的誤差。

3.結(jié)束語

綜上所述，分別測量熱工儀表校驗(yàn)儀的冷端補(bǔ)償、電量輸出誤差能夠使熱工儀表校驗(yàn)儀更準(zhǔn)確地進(jìn)行校準(zhǔn)。熱工儀表校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)不確定度主要是由電量輸出與冷端補(bǔ)償?shù)牟淮_定度造成的，而電量輸出相對于冷端補(bǔ)償不確定度通常比較小。在校準(zhǔn)熱電偶信號(hào)時(shí)，合成冷端補(bǔ)償與電量輸出的不確定度能夠確定熱工儀表校驗(yàn)儀在不同分度情況下的測量不確定度，通過更精確地對冷端補(bǔ)償誤差進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)對高精度校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)。

在多功能的熱工儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)過程中，不必對所有的功能進(jìn)行校準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要有針對性地進(jìn)行校準(zhǔn)， 以滿足用戶需求、提高校準(zhǔn)精確度和效率為最終目的。