MTS控制系统现场校准的实现

MTS控制系统现场校准的实现

邓月

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市150066

摘要：本文通过分析考察现场环境、选择适配的过程校验仪等标准器，对MTS控制系统的现场校准方法进行了研究、实施、验证和固化，进行了测量不确定度的评定，并编写了MTS控制系统现场校准作业指导书，节省了外委送检的时间和费用，使得工作效率提高50%以上。

关键词：控制系统 现场校准 过程校验仪 标准源法

1.前言

MTS控制系统主要用于力学性能测试及系统模拟试验，由于MTS控制系统为新引进设备，该设备的校准无国家检定规程、校准规范可依据，且以前没有对此类设备进行过校准，因此有必要对其现场校准的方法进行研究，从而提升公司校准能力和水平，提升车间生产效率。

2.MTS控制系统现场校准方案的确定

2.1.分析和考察现场环境

对MTS控制系统使用现场的环境条件进行考察，经考察，现场环境的温度和湿度等各项条件均能达到预期实验要求。

2.2.设计标准器建设方案

过程校验仪是一种高精度的多功能便携式仪器，可以用于测试、校准工业过程装置以及多种电气设备，是支持电流、电压、电阻、频率、热电偶、热电阻等多种信号类型的计量测试工具，为各类企业工厂、实验室和仪器仪表制造商所使用。

我单位现使用的过程校验仪主要有三种，分别为美国福禄克公司的FLUKE744、磐然公司的PR231和康斯特公司的ConST316，三种过程校验仪在功能上有一定程度的覆盖，但在一些测量和输出的范围和精度还存在较大差异。在MTS控制系统的校准工作中，能否选择合适的校验仪，既会影响工作的准确度和效率，也会影响校验仪的使用寿命，如果标准器选用不当，甚至会造成标准器和被检仪器损坏的严重后果。因此，研究和比较三种不同型号校验仪的技术参数和适用范围很有必要，从而提高工作效率和产品质量。

（1）比较三种型号过程校验仪的异同点

比较三种型号校验仪在测量功能、输出功能、24V电源等功能和接线方式上的异同点。

通过对比可以发现，FLUKE744的电压、电流、电阻的测量和输出范围更大，24V电源功能使用更方便，PR231的频率测量和输出范围更广，接线方式更简易（无需使用补偿导线），且PR231和ConST316热电阻分度种类更多，但FLUKE744和ConST316现场使用稳定性更高。

（2）被检仪器分类

常见被检的数字温度指示调节仪和工业过程测量记录仪主要分为热电偶分度和热电阻分度，还有少部分仪表是频率、电压和电流信号。

需要校准的MTS控制系统所需信号为电压信号。

（3）确定校验仪选择方案和适用范围

对于现场检定/校准工作，FLUKE744和ConST316更适合，因为现场使用稳定性更高，预热需要时间更短，提高工作效率。对于在实验室内的检定/校准工作，根据被检仪表的特性再进行选择。需要24V电源供电的仪表（例如温度变送器）使用FLUKE744更适合，需要频率信号的仪表（例如流量积算仪）使用PR231更适合，对于热电偶分度的仪表使用FLUKE744和ConST316更适合，而热电阻分度的仪表使用PR231和ConST316更适合。对于其他电压和电流信号的仪表，若需要信号较大，则使用FLUKE744，否则三者均可。

通过以上分析比较，MTS控制系统的现场校准工作选择FLUKE744作为标准源最为合适。

FLUKE744过程认证校准器直流电压输出有三个量程，分别为110mV、1.1V和15V，分辨率分别为1μV、10μV和100μV，准确度均为（输出×0.01%+满刻度×0.005%），MTS控制系统的校准需要最大直流电压输入为20mV，满足预期使用要求。

2.3.可行性分析

FLUKE744过程认证校准器是由电池供电的多功能便携式仪器，携带方便、操作简单，且经过考察发现现场环境符合校准要求。同时，我单位相应人员具有熟练操作过程校验仪的能力水平，且具备相应的检定员资质。因此使用该过程校验仪对MTS控制系统进行校准的方案可行。

3.MTS控制系统现场校准方案的验证

根据确定的校准方案对MTS控制系统进行现场校准，得到左侧和右侧共16个通道的校准数据，从而验证了校准方案。

3.1.实验方法

参考JJF 1587-2016《数字多用表校准规范》中的标准源法，按图1连接，根据校准点设定过程校验仪的输出值，记录被校MTS控制系统的示值。设过程校验仪的输出标准值为ZN，被校系统的示值为ZX，被校系统的示值误差按以下公式计算：

Δ=ZX—ZN

式中：

Δ——示值误差；

ZX——被校控制系统的示值；

ZN——过程校验仪的输出标准值。

被校系统的相对示值误差按以下公式计算：

式中：

γ——相对示值误差

图1 标准源法

3.2.实验数据

根据以上确定的校准方案对MTS控制系统进行现场校准，共得出左右侧16个通道的所有整数点的全部实验数据。

3.3.测量不确定度评定

对得到的实验数据进行处理，得到相对误差，对相对误差进行测量不确定度的评定。

分析不确定度的来源如下：

（1）由标准源不确定度引入的标准不确定度；

（2）由被校MTS控制系统示值重复性引入的标准不确定度；

（3）由被校MTS控制系统读数分辨力引入的标准不确定度。

使用的数学模型和传递系数如下：

式中：——被校MTS控制系统的相对误差

           x——被校MTS控制系统的显示值

           xs——标准输入值

           K——放大系数

对MTS控制系统左侧和右侧共16个通道的所有整数点进行校准，即需校准1mV至18mV共18个点，并对不同通道各校准点相对误差的测量不确定度进行评估。分别计算各不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度的大小。

经评定，本项目的校准和测量能力（CMC）为：(0~18mV)，U=0.047%，k=2。

3.4.方法固化

根据本文研究的校准方法，对校准人员的要求、标准器及配套设备和环境条件要求、作业程序、注意事项进行详细规定说明，同时进行测量不确定度评定，形成MTS控制系统现场校准作业指导书，固化校准方法，使校准工作程序化、规范化。

4.结论

在设计标准器建设方案过程中，研究和比较不同型号校验仪避免了由于标准器选用不当而造成标准器或被检仪器损坏的严重后果，保证了标准器和被检仪器的使用寿命和质量，减少每次工作前标准器选择需要的时间，工作效率提高30%以上。

同时，研究并实现MTS控制系统的现场校准对车间生产有重要意义，使得无国家检定规程、校准规范依据的设备实现了自检，节省了外委送检的时间和费用，效率提高50%以上，并对以后类似系统的校准具有参考价值。

参考文献:

[1]国家质量监督检验检疫总局．测量不确定度评定与表示 JJF 1059.1－2012．北京：中国质检出版社，2013．

[2] 国家质量监督检验检疫总局．数字多用表校准规范 JJF 1587－2016．北京：中国质检出版社，2017．

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