环路校准新方法—温度、流量、压力、阀门
仪表技术员目前依然在沿用多年前的习惯做法，常常听人说：“我们一直都是这么做的。”计量技术还在不断发展，仪表精确度也越来越高。
影响有效控制、安全操作、质量标准或其他标准的仪表设备需要定期校准。在大多数情况下，工作调度方式仍较为传统，个别特殊场合的调度方式也随着时间的推移逐步发生变化。仪表技术员还在沿用多年前的习惯做法，常常听人说：“我们一直都是这么做的。”计量技术还在不断发展，仪表准确度也越来越高。当然，计量技术也变得越来越复杂，为什么沿用测试气动变送器的方法来测试FF现场总线变送器？标准五点，上下行程测试， 1%或2%的公差范围，这些都已经无法完全适用今天更精细化的应用要求。总体而言，只有相关人员具备专业技术，拥有专业测试设备，才能顺利完成校准任务。像贝美克斯 MC6高级现场通讯器和校验仪就是精细化、高精准、多功能校准设备，就能有效校准那些多变量、智能化高端仪表。鉴于仪表设备的复杂性，校准技术员面临比之前更大的工作压力。工厂30年以上工龄的老技术员开始退休了，年轻技术员又无法立即填补空缺，或简单地将任务派发给外包人员。为改善品质、监控环境、响应政府法规要求，越来越多企业开始对文档化记录有了要求。企业经常借助像贝美克斯 CMX这样的校准管理软件保存数据、分析数据、生成校准证明、出具校准报告等。由此可见，为保证企业生产活动正常进行，我们应重新审视和评估这些习惯做法，考虑采用更简单、更高效的仪表设备检测方法。现在有了先进的回路测试校准技术，这已不是什么新鲜概念了。在一些情况下，最好的做法是对单个仪表进行校准，尽可能使其达到最高精准度（比如贸易结算计量系统）。然而，我们可以将仪表端对端连在一起形成回路，然后进行测试，如果测试读数在允许公差范围内，那么就没必要断开回路，再测试单个仪表。为提高效率，企业通常要谨记，尽可能减少工厂停机停产、尽可能提高技术员作业效率，并有效控制和预防事故发生，保持安全和谐的工作环境。
回路，不同工作背景和行业的人，会有不同理解。
对于环路，不同工作背景和行业的人，会有不同理解。实际上，环路是指多个仪表设备连接组合在一起，完成单次测量或触发过程工厂某个控制动作。典型的温度回路是将温度元件（热电阻或热电偶）与变送器连接起来，变送器再串联至本地数显表，再接入控制系统输入卡（DCS或PLC）。这样，信号就会显示在一个或多个控制面板中，最终实现通过计量控制过程的目的。评估测试回路时，最重要的是要区分，要运行闭环测试还是开环测试？
闭环回路是一种端对端测试，以温度回路为例（图1），首先要将温度元件从流程中取下，然后将其放置于温度炉（比如贝美克斯温度校准炉）中或温度槽内，以模拟过程温度。最终显示的测量数值，还将与模拟温度进行比较，并解释误差，闭环测试是最好的做法。如果控制回路中获得了准确的温度设定，那么独立仪表的性能则非关键因素DCS/PLC数值将用于控制变更、警报、通知等。但是，如果回路测量存在明显错误，则应逐一检查，并纠正回路中每台仪表的错误，才能确保最终测量结果恢复正常。在一些情况下，是无法进行闭环测试的。比如示例中的这个回路，想要从流程中取出探针，或者将探针插入温度炉或温度槽内，难度较大或造价过高。遇到这种情况时，我们可以执行开环测试，断开温度元件与变送器之间的连接，用温度校验仪模拟信号发送至变送器。像闭环测试一样，最终显示的测量数值，还要与模拟温度进行比较，并判定误差。当环路断开时，最好能检查安装的温度元件，执行单点测试。比如将具有合格证书的探头或温度计临时接入流程，并将连接到校验仪上的测量结果与元件的输出结果进行比较，完成单点测试。
在某种程度上，误差限值较难确定，且人们在设定误差限值时常出现诸多问题。常见的判断方法是，基于制造方指标设定过程测量误差。一些制造方还比较不错，但是对于仪表精度指标，销售部门与研发工程师可能会说法不一。而且，精度报告通常是“现成的”标准数值，并不包括长期稳定性（特别是明显的误差成分）、重复性、温度影响等说明。传感器和变送器的精度，应该考虑系统过程测量的误差为多少，而不是最终数值。最好的办法是，控制工程师、质量工程师和安全工程师三方一起讨论，共同设定一个普遍可行的、切合实际的误差范围。务必谨记，公差设得越窄，成本可能会更高，不仅是过程计量成本，还有仪表维保成本。指定公差范围，应充分考虑实现有效控制、打造最高品质和保持高安全性、最大程度减少停机事故、提高技术员作业效率、或采用效果最好的测试设备等诸多因素之间的平衡问题。在实际操作中，常见误差范围是±1%（或者±2%，甚至±5%）。但是，这些误差类型都不太适用于流量计量仪（特别是读数百分比/比率）或分析仪表（比如pH或ppm）。从回路的输入工程单位方面考量误差，不失为是一种好办法。参考温度回路示例（图1），相关人员应重点讨论最低允许温度误差，确保该误差不影响产品品质、保证人员安全、能达到最高作业效率，且能通过校准或检测设备真实测量到。明确回路误差的另一难点在于，与回路中那些测不准确的元件一样，给定回路同样很难做到十分精准。现在的变送器精确度非常之高，性能十分优良。然而，温度传感器又常常无法达到同等精准水平，在不同操作流程中，总会出现明显漂移。如果普通RTD热电阻额定精度为±0.5 ℉，那控制工程师就不能期望过程控制精度能超过±0.5 ℉。实际上，虽然变送器和DCS模数转换可以显著提高精度，但我们必须认识到，这些元件会给回路测量增加额外误差。用统计平均值或平方根（RMS）计算，是算出回路误差的常见做法。参考温度回路示例，假设RTD传感器的额定精度为±0.5 ℉，变送器的公差范围为±0.10% （量程=50至250 ℉），DCS输入卡的公差范围为±0.25%（量程==50至250 ℉），那么该回路误差的计算方法如下：
最保守的做法可能是把所有误差简单相加（即0.5 + 0.2 + 0.5 或 ±1.2 ℉）。但最终确定误差范围时，应根据误差可能给流程带来的影响、或可能涉及的风险，综合评估测量结果的危险程度。讨论到这里还不算完。控制工程师会争取将误差降到最低（±0.75 ℉），但误差还会受其它因素影响。因此有必要对测试设备进行正确评估。典型温度校准炉误差可能在0.3 ℉至1.0 ℉之间，较理想的做法是，检测设备与过程测量的误差比率为4:1。为进行适当的温度模拟，需要同时使用一个参考温度探头（RPRT或SPRT，参考或二等温度计）和一台精密铂电阻（RPT）测温仪，比如带可选参考温度探头RPRT的贝美克斯MC6，测量误差可精确至0.1℉-0.2℉。这样一来，企业可能要投入额外资金购买检测设备，行业不同投入多少不尽相同；而值得注意的是，检测设备精准度越高，设备维保费用也就越高。比如，如果品质工程师报告指出，要生产好产品，误差就必须控制在±5 ℉之内，怎么办？为什么要给仪表部门增加不必要的负担？如果控制工程师没有异议（输入信号的可靠性、安全性等方面），假设温度校准炉精度为±0.5 ℉，量程为50 ℉-250 ℉，那么我们可以将回路允许公差设为±2.0 ℉。尽管不如回路中仪表那么精确，但为了生产出高质量产品，按照这样的比例设定公差要比2:1比率好得多，校准技术员通过简单的设备组合就能完成操作。虽然这仅仅是一种情形，但找出回路中“最薄弱环节”、不设定不切实际的误差范围，这确实是种好办法。考虑到能源成本或过程效率问题，这种分析方法表明，如果误差带来过高的代价或风险，企业应在检测设备上多投资，多检测校正设备。企业只有具备良好的判断能力，才能取得多方平衡，避免不合理的测试要求，实现生产制造目标。
如果某过程工厂像示例（图1）这样，拥有几百个温度回路，那么回路测试就能凸显出它的优势。虽然用温度校准炉测试要花不少时间，但校准技术员可以用两台、三台、甚至更多仪表组成回路，同时测量多台仪表，提高测试作业效率。企业购买更可靠、高准确度的温度探头，以最大程度降低失误。基于过程需要，可能有必要增加测试频次，但不论何种情况，企业管理层应充分相信，这种方法能让测量更可靠。通过不断重复操作，技术员可以发现一些常见问题，也能提高作业效率。若每次校准工作都做好了相应的文档记录，那么我们可以根据相关数据，分析测试周期，合理延长或优化测试周期。故障处理、紧急维保等情况常有发生，但每次发生该类情况时，我们都应重新调整回路测试周期。这种系统性回路测试办法，将厂内所有仪表设备连接起来，同时最大程度降低其他因素对回路准确性的干扰，为控制系统带来最理想的测量效果。
流量计量难度大，性能容差要求非常严苛。天然气或蒸汽计量时，任何微小误差，都可能在贸易结算时产生极大差异，因此企业管理层对这方面的要求格外苛刻。比如，孔板测量时，常将静压和过程温度等影响因素考虑进去，以补偿差压测量误差。这三种测量都可以通过DCS系统进行精准流量计算。现有DP流量计大部分集成过程RTD和静压计量功能于一体，提供流量测量输出补偿。智能变送器还内置流量计算功能。
如果这三种测量由控制系统独立处理，除采用典型的测试流程以外，还应进行回路测试，以验证补偿流量读数的准确性。尽管多变量仪表看起来很复杂，但可以通过回路测试，逐个检测各计量组件，确保流量计计量的准确性，所提供的计量精度读数均能达到理想的百分比。以蒸汽计量应用为例：
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4 – 20 mA (常规范围0 -1500 lbs/hr, 精度读数±1 %)
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本示例中，应设计为非线性测试，假设恒定典型温度为450 ℉，静压为14.735psi，变送器低压侧通大气进行测量，计算出特定压力输入测试点的预期lbs/hr输出。向控制工程师咨询后，预期测量结果可能如下所示：
在测试多变量变送器方面，贝美克斯 MC6独具优势。我们可将后续非线性表录入贝美克斯 CMX校准管理软件，建立特定标签，并下载至MC6设备上进行测试。另外，可以利用多个过程变量校准每个HART通讯数值，完成三组补偿输出运算中使用数据测试。唯一需要额外配备的检测工具仅是贝美克斯温度校准炉。回路测试只需要简单地完成inH₂O 和 lbs/hr五点测试，即：0%, 50%, 100%, 50% 和 0%。如果每次测量精度读数都在1%以内，那么技术员就可以收拾好工具，准备测量下个仪表了。如果回路测试结果勉强合格或不合格，那么，技术员就要继续执行DP压力与HART数据，RTD温度与HART数据，静压与HART数据三组测试，并根据需要作出适当调整。将三个变量输入流量计算后，可速检查4-20毫安输出信号。如果需要调校某个或多个输入，调校好的流量最终“校准后”环路测试结果可存档记录输出，表明该仪表工作状态良好。以检测多变量回路的非线性输入与流量输出为主的测试办法，非常省时高效，让仪表技术员的维保工作更简单轻松。
压力回路检测难度并不大，只要给输入变送器施加压力，并将其与DCS或最终控制读数进行比较即可。使用回路测试方便快速，比单独检测变送器效率更高。我们应对所有控制回路进行回路测试，以帮助技术员提高工作效率，确保控制计量尽可能准确。我们也可以考虑采用相同的方法测试控制阀，将电流压力（I/P）变送器中的毫安输入信号与毫安输出信号（反馈）进行比较。该方法也同样适用于智能控制阀门定位器，利用通讯器驱动阀门动作，监控数字反馈信号。设置10%的测试点，对阀门进行快速测试，验证其是否正常运行。如测试结果显示通过，技术员可以对其他关键控制阀门进行快速测试。流量计量回路中的一些主要元件（比如孔板、阿牛巴流量计或皮托管），往往容易被忽视。然而，这些元件会给流量计量的准确度造成重要影响，尽管无法对其进行校准，但应检查其是否有损坏或磨损。安全仪表系统（SIS）是回路测试应充分考虑的另一重要方面。当流程结束后，应按照测试程序的规定方法，逐一校准单个仪表。然而，我们还应尽可能考虑检查整个回路，验证整个回路中关键计量的准确性，特别是温度校准（用校准炉或校准槽）或压力校准。而且，整个流程启动并开始运行时，要尽量简单快速地检查SIS安全仪表系统，确保该系统正常运行。
在许许多多过程工厂，人们只是简单地检查校准变送器。虽然用温度校准炉校准比较花时间，但不妨想想所有测量均通过这些设备得出，那么对这些设备进行检测校准是多么重要。不仅只有变送器可能出现漂移，温度探头会因热应力、振动或物理损坏而出现漂移。DCS/PLC输入卡也跟变送器一样会出现漂移，甚至更甚。若不进行回路测试，如何保证计量的准确性和有效性？没有准确有效的计量，如何保证工厂达到理想的控制水平、安全性、可靠性和高品质？随着仪表设备和自动化的不断发展，仪表校准方法也应与时俱进。回路测试并不是新概念，但并没有被人们视为检测仪表设备的有效办法，而加以广泛应用。贝美克斯解决方案为您带来最高水平自动化作业，提供详尽的文档化电子报告。我们可以采用全新的方法完成校准任务，通过回路校准法有效连接厂内所有仪表设备，助您事半功倍。合理认真地做好回路测试规划，能有效提高工厂控制能力，始终保持产品的高质量，保证生产运作的可靠性和安全性。
