本文介紹了航空修理企業(yè)熱工儀器儀表的現(xiàn)場校準問題及解決方案；采用在線壓力轉接技術解決了壓力現(xiàn)場校準的瓶頸問題。該技術方案可在其他場合得到應用。

1.引言

航空修理工廠修理現(xiàn)場有不少溫度壓力儀表和傳感器，他們指示的精度直接影響航空器修理的質量。為了實現(xiàn)熱工儀表的現(xiàn)場校準，目前常見方法有以下幾種：

方法一:將實驗室的現(xiàn)有標準儀器運到現(xiàn)場開展校準。由于明顯地存在攜帶不便、操作繁瑣、計算麻煩、效率低下、難以適應現(xiàn)場惡劣環(huán)境條件等缺點，實現(xiàn)起來困難重重，有時甚至不可能實現(xiàn)。用這種方法開展現(xiàn)場校準的只是個別現(xiàn)象:如將電阻箱搬到現(xiàn)場校準配接熱電阻的溫度現(xiàn)實調節(jié)儀、將活塞式壓力計搬到現(xiàn)場校準壓力表。

方法二:用現(xiàn)場校驗儀開展溫度指示調節(jié)儀的現(xiàn)場校準。這種方法是目前開展現(xiàn)場校準的主要方法。只能實現(xiàn)溫度指示調節(jié)儀的現(xiàn)場校準，不能開展溫度測量系統(tǒng)的整體校準。

方法三:用便攜式熱源加上溫度測量標準開展熱電偶、鉑電阻的現(xiàn)場校準，用便攜式壓力源加上壓力測量標準開展壓力表的現(xiàn)場校準。在需要對同一單位熱電偶、熱電阻、溫度指示調節(jié)儀、壓力變送器、壓力表等多種校準對象開展現(xiàn)場綜合校準時，存在需攜帶多套裝置、冗余笨重等不足。

國外熱工儀表的現(xiàn)場校準方法普遍存在制式、連接方式、數(shù)據(jù)處理等與國內不相匹配等問題。

2.技術方案設計

2.1系統(tǒng)構架

本研究方案針對以上現(xiàn)場校準方法的不足，綜合考慮便攜性、環(huán)境適應性、校準參數(shù)對象數(shù)量、數(shù)據(jù)處理自動化等方面要求，研制高度集成的適于多種常見溫度、壓力測量儀器儀表現(xiàn)場校準的熱工儀表現(xiàn)場校準裝置,解決溫度、壓力測量系統(tǒng)整體校準和多參數(shù)綜合校準問題。

本校準裝置由便攜式熱源、堆棧式測溫儀、在線壓力接口、壓力校驗儀、標準信號源、通訊接口、筆記本電腦、打印機等組成。其結構組成框圖如圖1。

該方案基于被校對象情況可靈活配置,典型方案見表12.2熱工儀表現(xiàn)場校準專用軟件

熱工儀表現(xiàn)場校準專用軟件主要包括：系統(tǒng)設置、現(xiàn)場校準、查詢打印、數(shù)據(jù)管理等模塊。系統(tǒng)設置模塊主要實現(xiàn)用戶管理、標準設置、數(shù)據(jù)通訊等功能現(xiàn)場校準模塊包括熱電偶校準、溫度指示調節(jié)儀校準、壓力變送器校準和壓力表校準模塊,實現(xiàn)熱電偶、溫度指示調節(jié)儀、壓力變送器、壓力表等常見熱工儀表現(xiàn)場校準的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等功能查詢打印模塊實現(xiàn)歷史記錄的查詢、原始記錄和證書文件的打印等功能數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導出等功能。其軟件模塊框圖如圖2。

典型現(xiàn)場校準工作流程如圖3。

軟件采用數(shù)據(jù)庫存儲基礎數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負責創(chuàng)建和維護表和索引等數(shù)據(jù)庫對象，維持引用的完整性和安全性，確保在出現(xiàn)各種錯誤時能夠恢復操作。

軟件通過編程，實現(xiàn)熱源溫度自動修正，以保證熱源溫度的準確可靠。定期對熱源溫度進行校準，將每次熱源校準結果存儲于軟件中，通過多點之間插值運算,得到修正曲線，疊加到使用時讀得的熱源溫度上，從而實現(xiàn)熱源溫度自動修正。

軟件采用開放性報表設計，通過設計原始記錄模板、證書文件模板，達到統(tǒng)一原始記錄和證書文件格式的目的，同時方便將來的修改完善。

3.方案中關鍵技術及實施途徑

本方案的關鍵技術主要有:綜合校準技術、壓力轉接技術、熱源控制技術、校準數(shù)據(jù)分析處理技術。

3.1綜合校準技術

目前，熱電偶、熱電阻、溫度顯示調節(jié)儀、壓力變送器、壓力表等儀表現(xiàn)場校準通常是分開考慮、單獨校準,本項目由一套裝置同時實現(xiàn)以上多種熱工儀表的校準，擴展了裝置的校準范圍，提高了校準能力。

對熱電偶的校準，主要需要提供熱源，能自動根據(jù)ITS90進行常見S、B、R、N、K、E、T型等標準化熱電偶的熱電勢到溫度的轉換。

對溫度顯示調節(jié)儀的校準,主要需要提供直流電壓源、電阻源作為模擬熱電偶、熱電阻信號,能自動根據(jù)ITS90進行常見分度號熱電偶和熱電阻溫度到電勢、電阻的轉換。

對壓力變送器的校準，主要需要提供壓力源、壓力測量標準和直流電壓、直流電流測量功能。

隨著源、表合一,高度集成的多功能校準器的出現(xiàn)，將壓力測量標準、直流電壓源、電阻源、直流電壓測量、直流電流測量等功能集于一身，為多種熱工儀表綜合校準提供了條件。

本方案擬采用便攜式熱源、壓力源，輔以FLUKE744過程校準儀,通過編制熱工儀表現(xiàn)場校準軟件’用一套裝置實現(xiàn)溫度測量系統(tǒng)整體校準、溫度指示調節(jié)儀校準、熱電偶校準、熱電阻校準、壓力測量系統(tǒng)整體校準、壓力變送器校準以及壓力二次儀表校準。

綜合校準技術通過設備和技術引進，加上軟件整合集成解決。

3.2壓力轉接技術

壓力轉接要完成壓力源、壓力模塊、被校壓力儀表之間的物理連接。由于工作介質涉及空氣、水和油多種形式，壓力范圍覆蓋(-0.1~60)MPa,壓力轉接時要與之適應。由于被校壓力儀器儀表連接制式多種多樣，需要解決它們之間的配接問題。

長期以來，使用中的壓力儀器儀表沒有預留連接接口’成為不能開展在線校準的最大障礙。本課題研究在線校準需要的轉接器，一旦安裝，以后校準時即可現(xiàn)場在線進行。

3.2.1在線壓力接口，安裝至現(xiàn)場管道線路后，可實現(xiàn)被校壓力表、壓力變送器、壓力測量系統(tǒng)的在線校準，校準時不必拆卸被校對象。至少包含閥門、多個壓力接頭等結構，并考慮連接制式規(guī)格的適應性。

(1)在線壓力接口基座

該基座安裝在現(xiàn)場管道上，帶高壓針閥和三個壓力接頭和相應堵頭(如圖4、5所示）,還能加人標準壓力源，對表頭等進行計量。

(2)快速連接組件

研制的快速連接組件，能對99.9%的壓力表、壓力變送器等進行安裝、檢測和計量。用螺紋M20xl.5可分別轉接以下不同規(guī)格螺紋。全不銹鋼材質。具體規(guī)格、數(shù)量如下：

公制螺紋:M22xl.5、M18xl.5、M16xl.5、M14xl.5、M12xl.25、M12xl、M10xl、M8xl

英制管螺紋:Gl/8、Gl/4、G3/8、Gl/2錐管螺紋:ZG1/8、ZGl/4、ZG3/8、ZGl/2美制螺紋:NPT1/8.NPT1/4、NPT3/8、NPTl/2還配有氣瓶連接螺紋、變徑式液體隔離器、灰塵潮氣隔離器、超級快速接母、高、低壓軟管、軸向表接母、雙針雙管壓力表接母、插接式快速接母、多用起針器、真空過濾器、液體過濾器、插接管件、“魚尾紋”倒鉤接頭、聚四氟乙稀墊等。

3.3熱源控制技術

對便攜式熱源,其溫度穩(wěn)定性由熱源本身決定，本方案對其溫度均勻性和溫度準確性加以控制。

溫度均勻性主要由恒溫塊的材料及其上的測試孔決定。恒溫塊材料的選擇應考慮導熱性和易于加工。測試孔的孔徑比被校熱電偶外徑稍大時可以減少桿傳導帶來的熱量損失，從而獲得較好的溫度均勻性。

采用定期校準，軟件修正的方式提高熱源溫度準確性。定期對熱源溫度進行校準,將每次熱源校準結果存儲于軟件中,通過多點之間插值運算，得到修正曲線,疊加到使用時讀得的熱源溫度上，從而實現(xiàn)熱源溫度自動修正。

3.4校準數(shù)據(jù)分析處理技術

通過調研、資料收集分析，編制熱工儀表現(xiàn)場校準技術規(guī)范,作為現(xiàn)場校準的技術依據(jù)。按照校準技術規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法，通過軟件實現(xiàn)校準數(shù)據(jù)的自動處理。

采用開放性報表的設計。原始記錄和證書文件等報表以EXCEL.WORD模板文件為框架，由軟件調用數(shù)據(jù)庫內容自動填充。采用模板文件，可以兼顧用戶的使用習慣,可以利用用戶原有的文檔資源。這種方式使專用軟件具有靈活性、開放性，對需求變化適應能力強,便于后續(xù)證書格式的調整。只要按要求修改相應模板文件,該軟件即可適用于新的報表格式。

4.結論

各儀器通信協(xié)議的破譯應用使系統(tǒng)集成得以實現(xiàn)，在線壓力轉接技術解決了壓力現(xiàn)場校準的瓶頸問題。航空、熱電等大型企業(yè)的熱工儀器現(xiàn)場校準問題可以得到合理解決。