本文介绍了航空修理企业热工仪器仪表的现场校准问题及解决方案；采用在线压力转接技术解决了压力现场校准的瓶颈问题。该技术方案可在其他场合得到应用。
1.引言
航空修理工厂修理现场有不少温度压力仪表和传感器，他们指示的精度直接影响航空器修理的质量。为了实现热工仪表的现场校准，目前常见方法有以下几种：
方法一:将实验室的现有标准仪器运到现场开展校准。由于明显地存在携带不便、操作繁琐、计算麻烦、效率低下、难以适应现场恶劣环境条件等缺点，实现起来困难重重，有时甚至不可能实现。用这种方法开展现场校准的只是个别现象:如将电阻箱搬到现场校准配接热电阻的温度现实调节仪、将活塞式压力计搬到现场校准压力表。
方法二:用现场校验仪开展温度指示调节仪的现场校准。这种方法是目前开展现场校准的主要方法。只能实现温度指示调节仪的现场校准，不能开展温度测量系统的整体校准。
方法三:用便携式热源加上温度测量标准开展热电偶、铂电阻的现场校准，用便携式压力源加上压力测量标准开展压力表的现场校准。在需要对同一单位热电偶、热电阻、温度指示调节仪、压力变送器、压力表等多种校准对象开展现场综合校准时，存在需携带多套装置、冗余笨重等不足。
国外热工仪表的现场校准方法普遍存在制式、连接方式、数据处理等与国内不相匹配等问题。
2.技术方案设计
2.1系统构架
本研究方案针对以上现场校准方法的不足，综合考虑便携性、环境适应性、校准参数对象数量、数据处理自动化等方面要求，研制高度集成的适于多种常见温度、压力测量仪器仪表现场校准的热工仪表现场校准装置,解决温度、压力测量系统整体校准和多参数综合校准问题。
本校准装置由便携式热源、堆栈式测温仪、在线压力接口、压力校验仪、标准信号源、通讯接口、笔记本电脑、打印机等组成。其结构组成框图如图1。
该方案基于被校对象情况可灵活配置,典型方案见表12.2热工仪表现场校准专用软件
热工仪表现场校准专用软件主要包括：系统设置、现场校准、查询打印、数据管理等模块。系统设置模块主要实现用户管理、标准设置、数据通讯等功能现场校准模块包括热电偶校准、温度指示调节仪校准、压力变送器校准和压力表校准模块,实现热电偶、温度指示调节仪、压力变送器、压力表等常见热工仪表现场校准的数据采集、数据处理、数据存储等功能查询打印模块实现历史记录的查询、原始记录和证书文件的打印等功能数据管理模块实现数据备份、数据导出等功能。其软件模块框图如图2。
典型现场校准工作流程如图3。
软件采用数据库存储基础数据,数据库系统负责创建和维护表和索引等数据库对象，维持引用的完整性和安全性，确保在出现各种错误时能够恢复操作。
软件通过编程，实现热源温度自动修正，以保证热源温度的准确可靠。定期对热源温度进行校准，将每次热源校准结果存储于软件中，通过多点之间插值运算,得到修正曲线，叠加到使用时读得的热源温度上，从而实现热源温度自动修正。
软件采用开放性报表设计，通过设计原始记录模板、证书文件模板，达到统一原始记录和证书文件格式的目的，同时方便将来的修改完善。
3.方案中关键技术及实施途径
本方案的关键技术主要有:综合校准技术、压力转接技术、热源控制技术、校准数据分析处理技术。
3.1综合校准技术
目前，热电偶、热电阻、温度显示调节仪、压力变送器、压力表等仪表现场校准通常是分开考虑、单独校准,本项目由一套装置同时实现以上多种热工仪表的校准，扩展了装置的校准范围，提高了校准能力。
对热电偶的校准，主要需要提供热源，能自动根据ITS90进行常见S、B、R、N、K、E、T型等标准化热电偶的热电势到温度的转换。
对温度显示调节仪的校准,主要需要提供直流电压源、电阻源作为模拟热电偶、热电阻信号,能自动根据ITS90进行常见分度号热电偶和热电阻温度到电势、电阻的转换。
对压力变送器的校准，主要需要提供压力源、压力测量标准和直流电压、直流电流测量功能。
随着源、表合一,高度集成的多功能校准器的出现，将压力测量标准、直流电压源、电阻源、直流电压测量、直流电流测量等功能集于一身，为多种热工仪表综合校准提供了条件。
本方案拟采用便携式热源、压力源，辅以FLUKE744过程校准仪,通过编制热工仪表现场校准软件’用一套装置实现温度测量系统整体校准、温度指示调节仪校准、热电偶校准、热电阻校准、压力测量系统整体校准、压力变送器校准以及压力二次仪表校准。
综合校准技术通过设备和技术引进，加上软件整合集成解决。
3.2压力转接技术
压力转接要完成压力源、压力模块、被校压力仪表之间的物理连接。由于工作介质涉及空气、水和油多种形式，压力范围覆盖(-0.1~60)MPa,压力转接时要与之适应。由于被校压力仪器仪表连接制式多种多样，需要解决它们之间的配接问题。
长期以来，使用中的压力仪器仪表没有预留连接接口’成为不能开展在线校准的最大障碍。本课题研究在线校准需要的转接器，一旦安装，以后校准时即可现场在线进行。
3.2.1在线压力接口，安装至现场管道线路后，可实现被校压力表、压力变送器、压力测量系统的在线校准，校准时不必拆卸被校对象。至少包含阀门、多个压力接头等结构，并考虑连接制式规格的适应性。
(1)在线压力接口基座
该基座安装在现场管道上，带高压针阀和三个压力接头和相应堵头(如图4、5所示）,还能加人标准压力源，对表头等进行计量。
(2)快速连接组件
研制的快速连接组件，能对99.9%的压力表、压力变送器等进行安装、检测和计量。用螺纹M20xl.5可分别转接以下不同规格螺纹。全不锈钢材质。具体规格、数量如下：
公制螺纹:M22xl.5、M18xl.5、M16xl.5、M14xl.5、M12xl.25、M12xl、M10xl、M8xl
英制管螺纹:Gl/8、Gl/4、G3/8、Gl/2锥管螺纹:ZG1/8、ZGl/4、ZG3/8、ZGl/2美制螺纹:NPT1/8.NPT1/4、NPT3/8、NPTl/2还配有气瓶连接螺纹、变径式液体隔离器、灰尘潮气隔离器、超级快速接母、高、低压软管、轴向表接母、双针双管压力表接母、插接式快速接母、多用起针器、真空过滤器、液体过滤器、插接管件、“鱼尾纹”倒钩接头、聚四氟乙稀垫等。
3.3热源控制技术
对便携式热源,其温度稳定性由热源本身决定，本方案对其温度均匀性和温度准确性加以控制。
温度均匀性主要由恒温块的材料及其上的测试孔决定。恒温块材料的选择应考虑导热性和易于加工。测试孔的孔径比被校热电偶外径稍大时可以减少杆传导带来的热量损失，从而获得较好的温度均匀性。
采用定期校准，软件修正的方式提高热源温度准确性。定期对热源温度进行校准,将每次热源校准结果存储于软件中,通过多点之间插值运算，得到修正曲线,叠加到使用时读得的热源温度上，从而实现热源温度自动修正。
3.4校准数据分析处理技术
通过调研、资料收集分析，编制热工仪表现场校准技术规范,作为现场校准的技术依据。按照校准技术规范规定的数据处理方法，通过软件实现校准数据的自动处理。
采用开放性报表的设计。原始记录和证书文件等报表以EXCEL.WORD模板文件为框架，由软件调用数据库内容自动填充。采用模板文件，可以兼顾用户的使用习惯,可以利用用户原有的文档资源。这种方式使专用软件具有灵活性、开放性，对需求变化适应能力强,便于后续证书格式的调整。只要按要求修改相应模板文件,该软件即可适用于新的报表格式。
4.结论
各仪器通信协议的破译应用使系统集成得以实现，在线压力转接技术解决了压力现场校准的瓶颈问题。航空、热电等大型企业的热工仪器现场校准问题可以得到合理解决。 |
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