Современные электронные технологии
и автоматические приборы
и автоматические приборы
Приборы КИП периодически нуждаются в калибровке (регулировке). Чаще всего у прибора можно подрегулировать нулевую точку (ноль, zero) и чувствительность (точку шкалы, span). В некоторых случаях эксплуатирующий персонал может подстроить только ноль или только чувствительность, у некоторых же датчиков (например, датчиков термосопротивления и термопар) нет возможности настроить ни то, ни другое.
В зависимости от типа прибора и его функциональных возможностей регулировка показаний осуществляется либо с помощью механических регуляторов – подстроечных или переменных резисторов, либо с помощью кнопок, либо с помощью различных проводных (HART, RS232, RS485) или беспроводных (IR, Bluetooth) интерфейсов.
Не зависимо от того каким способом и с помощью чего осуществляется калибровка датчика есть некоторые общие рекомендации по выполнению калибровки нуля и точки шкалы.
При калибровке датчика в первую очередь выполняется калибровка нулевой точки датчика, а уже после этого калибруется точка шкалы. Это связано с тем, что калибровка (подстройка) нуля осуществляется смещением характеристики датчика на величину начального отклонения от нулевого значения.
Допустим, имеем датчик избыточного давления с пределами измерения от 0 до 6 Бар, у которого была выполнена калибровка чувствительности в точке шкалы 6 Бар, по результатам которой при подаче давления в 6 Бар датчик показывает давление 5,998 Бар. После этого было решено проверить нулевую точку датчика, и оказалось, что при нулевом давлении датчик вместо нуля показывает 0,15 Бар. Нулевая точка была откалибрована и на нуле датчик стал показывать ноль, но при подаче тестового давления в 6 Бар он вместо прежних 5,998 Бар стал показывать 5,848 Бар. Это произошло из-за того, что при калибровке нуля характеристика датчика смещается вверх или вниз (в зависимости от того, завышает или занижает датчик) по всей своей длине. Как результат, нам нужно снова выполнять калибровку чувствительности датчика.
Поэтому в 99,9% случаев сначала выполняется калибровка нуля, а уже потом настраивается чувствительность датчика если иной порядок калибровки не предусмотрен производителем прибора.
Калибровка чувствительности (калибровка шкалы) выполняется после калибровки нуля. При калибровке чувствительности корректировка показаний датчика осуществляется наклоном характеристики датчика относительно нулевой точки. Как правило, корректировка чувствительности не влияет на положение нулевой точки датчика (не приводит к «уходу нуля»). Но в некоторых старых аналоговых приборах с механическими регуляторами может потребоваться подстройка нуля после коррекции чувствительности на величину более 10-20%. В этом случае нужно выполнить настройку нуля и чувствительности последовательно два и более раза, постепенно приближаясь к нужному результату.
Как правило, калибровку чувствительности рекомендуют выполнять подавая на датчик измеряемый параметр величиной, равной 40-100% шкалы измерения датчика. То есть, если, например, наш датчик давления имеет шкалу от 0 до 6 Бар, то калибровку чувствительности лучше выполнять при подаче тестового давления от 2,4 до 6 Бар. При калибровке чувствительности более низкими значениями можно получить увеличенную погрешность на конце диапазона измерения.
К сожалению, реальные характеристики датчиков КИП часто далеки от линейных (как на первых двух рисунках).
Для того чтобы как то «вписать» показания датчика в узкие рамки нормированных метрологических характеристик (погрешностей) производители идут на различные ухищрения, например, добавляя дополнительные точки для калибровки чувствительности. Чаще всего это одна основная и одна дополнительная точка калибровки чувствительности, хотя в некоторых приборах их может быть больше (например, газоанализаторах Хоббит-Т их может быть максимум пять).
Как понятно из рисунка дополнительная точка калибровки чувствительности как бы разбивает характеристику датчика на два участка, меняя их наклон относительно нуля, что позволяет «вписать» показания датчика в требуемые границы, определяемые погрешностью измерения датчика.
В том случае если характеристика датчика на каком то участке не укладывается в нужный интервал допустимых значений и дополнительные точки калибровки, позволяющие скорректировать характеристику на данном участке, отсутствуют, то можно сделать следующее.
Например, датчик на начальном участке характеристики показывает меньше чем нужно при том, что в нулевой точке и на конце диапазона погрешность измерения минимальна (как в примере на рисунке). В этом случае можно искусственно сдвинуть его точку шкалы вверх, «вписав» выпавший участок характеристики в диапазон допустимых значений.
Допустим датчик давления со шкалой от 0 до 6 Бар и относительной погрешностью 5% не укладывается в середине шкалы (занижает), хотя при подаче 6 Бар показывает 6 Бар ровно. В этом случае, мы, оставляя тестовое давление неизменным (например, мы калибровали его давлением 5 Бар), меняем в настройках калибровки точки шкалы значение давления с 5 Бар, до 5,25 Бар (5+(5*5%)/100%). То есть мы как бы говорим датчику, что будем калибровать его давлением 5,25 Бар, а сами при этом подаем давление всего 5 Бар. Естественно что из-за того, что реальное давление ниже чем то, что мы задали в настройках датчика его характеристика, наклоняясь (поворачиваясь относительно нулевой точки против часовой стрелки), приподнимется. И есть большая вероятность, что «выпавший» начальный участок характеристики уложится в диапазон допустимых значений с учетом заявленных производителем погрешностей.
При калибровке нуля и чувствительности приборов КИП следует строго придерживаться рекомендаций производителя изложенных в руководстве на датчик, а также использовать при калибровке соответствующие поверенные средства измерения и эталоны.