热工仪表校准器及校准方法的探讨与分析

余　佳

（ 上海电动工具研究所（集团）有限公司　上海电动工具工程技术研究中心，上海　200233 ）

热工仪表校准器及校准方法的探讨与分析

余佳

（ 上海电动工具研究所（集团）有限公司上海电动工具工程技术研究中心，上海200233 ）

以多功能过程校准仪器FLUKE725为例，介绍热工仪表校验仪的典型故障和优化方案，从误差校准过程和不确定度评定等方面对提高热工仪表的灵敏性与正确性作简要分析。

热工仪表；校准器；校准

0　引言

热工仪表可对温度传感器传递的模拟信号和数字信号进行准确测量，通过自身信号调理电路以及芯片中固化的处理程序，将测量得到的温度信息转变成数字或模拟形式显示值，为工作人员判断工艺运行状态提供依据，已被广泛应用在各行业生产领域。热工仪表校验仪的种类及校验原理各不相同。本文以多功能过程校准仪器FLUKE725为例，对热工仪表的校准方法作简要分析。

1　概述

热工仪表校验仪（多功能过程校准器FLUKE725）是一种计量标准设备，主要用于确定电力、化工等行业工艺流程内设置的热工仪表运行可靠性，为仪表实施在线精准测量提供技术保障。对于校准器而言，该设备是一台采用电池供电、能测量和输出电参数以及物理参数的手持便携式测试工具，屏幕上方显示测量的电压、电流和压力数值，屏幕下方显示测量和输出的电压、电流、压力、电阻式温度检测器（铂电阻RTD）、热电偶、频率和欧姆。热电偶（TC输入输出端子及校准器内部的等温接线块（具有自动参考接合点温度补偿），可实现远程控制。

2　原理

在工业企业实际生产过程中，对于热工仪表的安装一般采用固定式，且需实现连续运行。因此，热工仪表的校准通常同步在现场进行。FLUKE725是一种多功能过程校准器，在现场校准工作中，选择所需的测量和输出，自动输出信号并显示热工仪表的校准结果，具备携带方便、精度高等特点，在实际应用中具有良好效果。

图1为温度指示调节仪工作原理。

图1　温度指示调节仪原理

3　故障判断

数码管不亮、输出稳定性差、信号无输出、输出信号误差等是热工仪表校验仪的典型故障现象，需根据其表现形式确定故障类型，采取相应措施进行优化。

1）数码管不点亮，应对电源输入保险、电源开关以及电源线等进行检查，确定其是否正常运行，对存在故障的部分进行更换检修。

2）信号无输出，应将量程开关设定为5V输出方式，利用万用表对输出端进行测量，确定是否正常输出以此来判断故障源为调节电路或输出端，进一步对电路电源、电阻元件、基准稳压管以及输出端引线等进行检测，确定运行状态是否正常。

3）输出稳定性差，应检查调节电位器连接是否正常，选择无水乙醇对电阻体以及相关触点进行清洗，根据基准电压变化情况对电位器进行调节。

4）输出信号不准确，应利用万用表对输出量程电阻进行测量。一般对于20mA电流误差应检查分流电阻；对于100mV与5V误差应检查分压电阻与量程开关。如果两种情况均具有较大误差，则需要确定A/D转换器基准电压，将其调整到1V。

4　校准过程

1）校准条件

多功能校验器输出热电阻电阻信号、热电偶直流电压信号、变送器直流电流信号与直流电压信号等，且信号输出精度高，用于校准不具有热电偶参考端自动补偿的温度指示仪。环境温度：（25±10）℃，相对湿度（45～75）%RH，仪表应外形结构完好，读数机构、名称、分度号、制造厂、仪器编号等均应有明确标记。检查外观后通电进行功能检查，数字面板不应有影响读数的缺陷。在对仪表进行校准时，应选用测量电信号不确定度小于被校仪表允许误差1/3～1/5的标准器。

2）基本误差校准

某企业一温度箱采用型号为XMT的控温仪表对材料的加温温度进行控制，校准时，选用FLUKE725 SOUCE直流电压输出功能，测量接线如图2所示，测量结果见表1。

图2　测量接线

在直流电压信号校验时，应参照JJG617-1996数字温度指示调节仪检定规程，将校准器设定为mV状态并选择对应热电势，与待校验仪表热电偶输出端进行连接。一般选取5～10个校准点，并应均匀地选取，从下限开始逐渐增大输出信号，直至达到下限。将得到的最大误差测量值作为最大基本误差。校准器输出标准值为YN（实际值），被校仪器显示读数为Yx，则被校仪器的误差为Δ=Yx-YN或相对误差γ=（Yx-YN）/YN×100%，热电偶分度号：K型。

表1　多功能校准器测量结果

使用FLUKE725校准仪对温度进行校准，输入对应的电动势，或者直接使用热电偶用TC端口输入相应分度号的温度值，即可进行校准工作，准确性较高。

选用此种方法，应注意其不能满足具备温度自动补偿热工仪表校验要求。同时，修正值计算难度大，计算所得修正值与实际温度间存在一定差异。

5　不确定度评定

5.1 测量标准及数学模型

标准器：FLUKE725多功能校准器，DCV：0V～10V， 准确度等级：±（0.02%读数+ 2个字）。

数学模型：

△=T-TN（1）

式中：△——示值误差

T——仪表刻度值对应标称电量值

TN——标准器输出电量值

5.2 输入量标准不确定度评定

输入量T的不确定度来源有两种，即由标准器FLUKE725准确度带来的不确定度u（T1）、被校准仪器测量结果的不重复性u（T2）。

1）T1的标准不确定度u（T1）评定（B类）

T1的不确定度来源主要是标准器的不准确，依照校准器的技术指标，其准确度等级±（0.02%读数+2个字），以41.28mV为例，其在41.28mV时不确定度区间为±0.008mV，则半宽度a1为0.008mV，在区间内可认为服从均匀分布。取包含因子，则不确定度u（T1）=a1/k1=0.008/=0.005mV。

2）T2的标准不确定度u（T2）评定（A类）

T2的不确定度来源主要是被校仪表示值的不重复性。可通过重复测量得到测量列。采用A类评定方法进行评定。选择一台温控仪，对其1000℃（K型）这一测量点进行连续10次测量，得到表2的测量数据列。

表2　测量数据列

单次实验标准差：

由于是单次测量值作为测量结果，故：

u（T2）=0.031 mV （4）

3）合成标准不确定度的评定

灵敏系数：

数学模型 Y=X （5）

灵敏系数

标准不确定度见表3。

表3　标准不确定度

4）合成标准不确定度Tc的计算

输入量u（T1）与u（T2）彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：

5）扩展不确定度的确定

取置信概率P=95%，k取2

由此可得扩展不确定度Up为：

U=k×uc=2×0.031=0.062 mV （8）

Urel=0.062/41.28×100 %=0.2 % （9）

6）测量不确定度的报告与表示

温度指示仪示值误差相对扩展不确定度为：

Urel=0.2 % （10）

6　结语

热工仪表校验仪是确定仪表运行状态是否正常的重要技术保障。基于热工仪表相关特点与特性，确定基本误差校验要求与标准，控制好各项节点，才能获得精确校验结果，为热工仪表管理提供技术依据。

［1］吕雪飞，吕颖，甘树坤.热工仪表校验仪校准方法的探讨［J］.吉林化工学院学报，2009，（03）：66-69.

［2］JJG 617-1996数字温度指示调节仪检定规程［S］.北京：中国计量出版社，1996.

［3］郭慧，陈国刚.热工仪表校验仪校准方法的探讨［J］.科技传播，2013，（09）：88-100.

［4］张树群.热工仪表校验仪的校准方法［J］.科技传播，2013，（10）：180-183.

Analysis of thermal instruments calibrator and calibration methods

Yu Jia
（SETRI （Group） Co.， Ltd.， Shanghai Electric Tools Engineering Center， Shanghai 200233， China）

Taking the FLUKE725 as an example， this paper introduces the typical failure and optimization scheme of thermal instruments calibrator. The sensitivity and correctness of thermal instruments are analyzed in the aspects of error calibration and uncertainty evaluation.

Thermal instruments； Calibrator； Calibration

TH811

A

1674-2796（2016）04-0014-04

2016-03-10

余佳（1985—），女，大学本科，主要从事热工类仪器仪表的校准工作（含现场校准）。