谈谈热工仪表校验仪

刘恺

[摘 要] 详细介绍了热工仪表检验仪的工作原理以及技术指标,论述了应用中的注意事项，并提出了一个有效校准方法，具有一定参考价值。

[关键词] 热工仪表校验仪技术指标检定校准

0.前言

热工仪表校验仪作为检定热工仪表、过程仪表的计量标准设备已在许多检测部门应用，为在化工、能源、食品、医药生产等各行各业广泛使用的热工仪表和过程仪表在线测量的数据准确性提供有力的技术保障。热工仪表校验仪的操作规程，将进一步完善热工仪表的整体系统，提高各行业使用热工仪表进行在线测量的准确性。

1.热工仪表校验仪概述

1.1 热工仪表校验仪的特点

热工仪表校验仪是为高精度、多功能校准热工仪表而设计的台式校验仪表，采用高亮度带背光大屏幕、中文菜单显示，其结构坚固、紧凑、经济实用，能够在仪表车间、计量室、校准实验室使用，满足对各种热工仪表的检定、校准及维护的需要；能够对多种热电偶等信号进行测量，并表示为温度值；具备参考端温度补偿功能，并能模拟输出热电阻等不同温度相应的标准电量值；能够输出并测量直流电压或电流值、电阻。

用户可以通过人机界面将需要测量或是显示的数据输入电路中，由处理器接受并执行传递过来的指令，在完成相应的指令后将结果显示在仪器的显示屏上。由于热电阻与热电偶的温度、电量数值呈现出非线性的特点，通常在电路中添加外扩的程序、数据存储器。非线性补偿可以采用公式计算、阵列存储数据查表的方式，或是结合使用2种方法。

1.2 技术指标

以FY-4000—7型热工仪表校验仪为例，采用背光液晶显示，Windows界面，操作便捷，功能齐全，精度为0.02％。定值输出：热电偶，K、S、E、T、 J、 B、R、N； 热电阻，Ptl000、Ptl00、Ptl0、Cul00、Cu50；仿真电阻，0～ l KΩ；电压，0～±100mV和0～±10V;电流，O～±25mA；频率，0～1 kHz。步进输出：可使用0.01％、0.2％、10％ 3种速率，进行正反向连续输出，具体数值与定值输出数值的范围相同。

1.3 常见故障及解决方法

热工仪表校验仪常见的故障以下几点：

(1)数码管不亮时，应检查电源输入保险、电源线和电源开关是否良好，确认无误后检查稳压电量输出、显示板引线是否良好；

(2)信号无输出时，将量程开关选为5 v输出方式，使用万用表测量输出端是否有输出，以确定是调节电路还是输出端故障，并进一步确认调节电路的电源、基准稳压管、电阻元件或是输出端引线等部位是否良好；

(3)输出不稳时，基准电压不变的情况一般是调节电位器接触不良，可以用无水乙醇清洗电阻体和相关触点，基准电压变化的情况应更换调节电位器；

(4)输出信号误差大时，用万用表测量输出量程电阻，如果是20 mA电流误差大应检查分流电阻，如果是100mV和5V误差大应检查分压电阻、量程开关，如果两者误差都很大，应确认A／D转换器基准电压，将其调整成1 V；

(5)信号不能输入时，应检查输入保险、分流电阻。

2.校准方法

2.1 校准条件

热工仪表校验仪能够输出各种电信号，例如电阻信号、直流毫伏信号、直流毫安信号和电压信号，并具备很好的精度，因此，热工仪表校验仪校验使用的标准器应选择测量电信号不确定度在校验仪允许误差20％～33％之间的测量标准器。恒温器应选择可以调节的，均匀性在0.O5℃ 以内，导线应选择校准电阻信号的专用导线。

2.2 校准基本误差的方法

(1)使用热工仪表校验仪校准热电阻信号时，应根据国家检定规程使用4根专用导线连接测量标准器，得出电阻信号基本误差，根据分度表得到不同分度情况下的温度误差。

(2)使用热工仪表校验仪校准热电偶信号时，应对直流毫伏信号输出和冷端误差分别进行校准。校准直流毫伏信号输出误差应按照相关的检定规程连接标准器校准，将数字多用表设为mV档并选择相应的量程，将其连接到需要校准仪表的热电偶输出端。采用相关检定规程中检测校准点电量值的方法，输出信号从下限开始逐渐增大，使用数字多用表测量模拟热电偶输出温度值、电量值，达到上限后降低输入信号，使用数字多用表测量模拟热电偶输出温度值、电流值，直到达到下限。将误差最大的测量数值作为最大基本误差，根据仪表输出的电量值、测量出的电量值和一定的修正值，能计算出基本误差。

这种方法也存在一定的不足，主要是该方式适用于不具备热电偶温度自动补偿的热工仪表校验仪，不能满足具备温度自动补偿的热工仪表校验仪的使用要求，而目前大多数热工仪表校验仪都具备参考端温度补偿功能。另外，修正值不容易计算，实际温度会与修正值的温度有一定差异，导致测量标准器再精准也不能有效降低热工仪表校验仪校准的不确定度。

(3)热工仪表校验仪校准热电偶信号时，基本误差主要包括直流毫伏信号与冷端补偿存在的误差。根据相关检定规程的要求，检定基本误差要将被检定仪表插入冰点槽，并使用铜导线连接信号源，通过输入直流毫伏信号对仪表误差进行测量。使用类似的方法可以对温度校验仪进行校准，将温度校验仪作为被检定仪表，将可调节的恒温槽作为恒温器，将测量标准器作为信号源，并针对热工仪表校验仪的使用情况，校准热电偶不同温度对照的毫伏值。

冷端误差校准可以将温度校验仪和标准温度计与恒温槽连接，该方法对恒温槽偏差没有太高的要求，但均匀性不能超过0.05℃。恒温槽的温度开始设为20℃ ，用补偿导线连接冷端输入端和恒温槽，用标准温度计对恒温槽温度进行测量，使用标准水银温度计时应保持玻璃泡与补偿导线短接端尽量接近并处于同一高度，待槽温、冷端温度处于恒定后再测量参考端电动势值，并换算成温度值。按一定幅度对恒温槽温度进行调整，待温度恒定后再次测量热电动势值，重复测量直至热电动势值或是调整幅度接近零，则认为恒温槽与冷端温度保持一致。使用被校准的校验仪测量温度，读取仪器指示值和温度计读数。然后，拆下参考端，接上铜导线，并放入恒温槽。短接端需要与参考端尽量接近并保持同一深度，铜导线两端接到标准器上测量热电动势值，根据仪器测量的温度显示值、标准温度计的读数、热电偶在该温度下的微分电动势和补偿导线一定温度下的修正值计算出冷端补偿误差。根据计算结果和热电偶分度表能够换算出不同热电偶的温度值。通过将热工仪表校验仪的基本误差分为直流毫伏信号和冷端补偿两部分误差，有效地减少了补偿导线以及冷端测量导致的误差。

3.结束语

综上所述，分别测量热工仪表校验仪的冷端补偿、电量输出误差能够使热工仪表校验仪更准确地进行校准。热工仪表校验仪的校准不确定度主要是由电量输出与冷端补偿的不确定度造成的，而电量输出相对于冷端补偿不确定度通常比较小。在校准热电偶信号时，合成冷端补偿与电量输出的不确定度能够确定热工仪表校验仪在不同分度情况下的测量不确定度，通过更精确地对冷端补偿误差进行测量，实现对高精度校验仪的校准。

在多功能的热工仪表校验仪校准过程中，不必对所有的功能进行校准，应根据实际需要有针对性地进行校准， 以满足用户需求、提高校准精确度和效率为最终目的。