校準(zhǔn)是指對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，使其輸出在指定范圍內(nèi)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于其輸入。

我們要知道儀器的輸出在連續(xù)范圍內(nèi)與其輸入準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的唯一方法是讓該儀器接受已知輸入值，同時(shí)測(cè)量相應(yīng)的輸出信號(hào)值。這意味著我們必須使用可信賴的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立已知的輸入條件并測(cè)量輸出信號(hào)。

以下示例顯示了用于校準(zhǔn)壓力和溫度變送器的輸入和輸出標(biāo)準(zhǔn)：

一個(gè)值得注意的例外是數(shù)字儀器，它輸出數(shù)字信號(hào)而不是模擬信號(hào)。在這種情況下，無(wú)需將數(shù)字輸出信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，因?yàn)閿?shù)字?jǐn)?shù)字不易發(fā)生校準(zhǔn)漂移。

然而，數(shù)字儀器的校準(zhǔn)仍然需要與可信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證模擬量。

例如，即使變送器的數(shù)字輸出信號(hào)不會(huì)漂移或被誤解，數(shù)字壓力變送器的輸入校準(zhǔn)值仍必須通過(guò)壓力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。

本節(jié)的目的是描述有效校準(zhǔn)不同類型儀器的程序。

線性儀器

1. 模擬、線性儀器最簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)程序是所謂的零跨度法。方法如下：

2. 對(duì)儀器應(yīng)用較低范圍的值刺激，等待其穩(wěn)定

3. 移動(dòng)“零”調(diào)整，直到儀器在這一點(diǎn)上準(zhǔn)確記錄

4. 對(duì)儀器施加上限值刺激，等待其穩(wěn)定

5. 移動(dòng)“跨度”調(diào)整，直到儀器在這一點(diǎn)上準(zhǔn)確記錄

6. 必要時(shí)重復(fù)步驟 1 到 4，以在范圍兩端獲得良好的精度

對(duì)這種粗略程序的改進(jìn)是檢查儀器在下限值和上限值之間的幾個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)。一個(gè)常見(jiàn)的例子是所謂的五點(diǎn)校準(zhǔn)，其中在 0% (LRV)、25%、50%、75% 和 100% (URV) 范圍內(nèi)檢查儀器。

這個(gè)主題的一個(gè)變體是在 10%、25%、50%、75% 和 90% 這五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，同時(shí)仍然在 0% 和 100% 處進(jìn)行零和跨度調(diào)整。無(wú)論選擇用于檢查的具體百分比如何，目標(biāo)都是確保我們(至少)在刻度上的所有點(diǎn)都達(dá)到最低必要精度，因此儀器在投入使用時(shí)的響應(yīng)可能是可信的。

對(duì)基本五點(diǎn)測(cè)試的另一項(xiàng)改進(jìn)是檢查儀器在五個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的響應(yīng)下降和上升。此類測(cè)試通常稱為上下校準(zhǔn)。這種測(cè)試的目的是確定儀器是否有任何明顯的滯后現(xiàn)象：對(duì)方向變化缺乏反應(yīng)。

一些模擬儀器提供了一種調(diào)整線性度的方法。僅在絕對(duì)必要時(shí)才應(yīng)移動(dòng)此調(diào)整!很多時(shí)候，這些線性調(diào)整非常敏感，并且容易被熱心的手指過(guò)度調(diào)整。

僅當(dāng)無(wú)法在儀器的整個(gè)范圍內(nèi)達(dá)到所需的精度時(shí)，才應(yīng)更改儀器的線性度調(diào)整。否則，建議調(diào)整零位和跨度控件以“拆分”刻度上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的誤差，并保持線性度不變。

校準(zhǔn)“智能”數(shù)字發(fā)射器的過(guò)程(也稱為微調(diào))略有不同。與模擬儀器的零位和量程調(diào)整不同，數(shù)字儀器的“低”和“高”微調(diào)功能通常是非交互式的。

這意味著您只需在校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)用一次低電平和高電平刺激。微調(diào)“智能”儀器的傳感器包括以下四個(gè)一般步驟：

對(duì)儀器應(yīng)用較低范圍的值刺激，等待其穩(wěn)定

執(zhí)行“低”傳感器微調(diào)功能

對(duì)儀器施加上限值刺激，等待其穩(wěn)定

執(zhí)行“高”傳感器微調(diào)功能

同樣，微調(diào)“智能”儀器的輸出(數(shù)模轉(zhuǎn)換器或 DAC)包括以下六個(gè)一般步驟：

1. 執(zhí)行“低”輸出微調(diào)測(cè)試功能

2. 用精密毫安表測(cè)量輸出信號(hào)，記下穩(wěn)定后的數(shù)值

3. 在儀器提示時(shí)輸入此測(cè)量電流值

4. 執(zhí)行“高”輸出微調(diào)測(cè)試功能

5. 用精密毫安表測(cè)量輸出信號(hào)，記下穩(wěn)定后的數(shù)值

6. 在儀器提示時(shí)輸入此測(cè)量電流值

在智能變送器的輸入和輸出(ADC 和 DAC)都經(jīng)過(guò)調(diào)整(即根據(jù)已知準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)參考進(jìn)行校準(zhǔn))之后，可以設(shè)置下限值和上限值。

事實(shí)上，一旦微調(diào)程序完成，發(fā)射機(jī)就可以根據(jù)需要多次測(cè)距和再次測(cè)距。重新調(diào)整智能變送器的唯一原因是確保傳感器和/或轉(zhuǎn)換器電路可能已經(jīng)超出可接受限度的長(zhǎng)期精度。

這與模擬發(fā)射器技術(shù)形成鮮明對(duì)比，在模擬發(fā)射器技術(shù)中，每次重新測(cè)距都需要重新校準(zhǔn)。

非線性儀器

固有非線性儀器的校準(zhǔn)比線性儀器更具挑戰(zhàn)性。兩個(gè)調(diào)整(零和跨度)不再足夠，因?yàn)槎x一條曲線需要兩個(gè)以上的點(diǎn)。

非線性儀器的示例包括擴(kuò)展電表、平方根表征器和位置表征控制閥。

每臺(tái)非線性儀器都有自己推薦的校準(zhǔn)程序，因此我建議您參考特定儀器的制造商文獻(xiàn)。但是，我會(huì)提供一條建議：在校準(zhǔn)非線性儀器時(shí)，記錄下您所做的所有調(diào)整(例如，每個(gè)校準(zhǔn)螺絲擰了多少圈)，以防萬(wàn)一您發(fā)現(xiàn)需要將儀器“重新設(shè)置”回它的原始狀態(tài)。

我不止一次努力校準(zhǔn)非線性儀器，卻發(fā)現(xiàn)自己離良好的校準(zhǔn)比最初開(kāi)始的地方更遠(yuǎn)。在這樣的時(shí)候，很高興知道您總是可以倒退并重新開(kāi)始!

離散儀器

“離散”一詞的意思是個(gè)別的或不同的。在工程中，“離散”變量或測(cè)量指的是真或假條件。因此，離散傳感器是一種只能指示測(cè)量變量是高于還是低于指定設(shè)定值的傳感器。

離散儀器的示例是設(shè)計(jì)用于以特定值打開(kāi)和關(guān)閉的過(guò)程開(kāi)關(guān)。例如，壓力開(kāi)關(guān)用于在空氣壓力低于 85 PSI 時(shí)打開(kāi)空氣壓縮機(jī)，這是離散儀表的一個(gè)例子。

離散儀器與連續(xù)儀器一樣需要定期校準(zhǔn)。大多數(shù)離散儀器只有一個(gè)校準(zhǔn)調(diào)整：設(shè)定點(diǎn)或跳閘點(diǎn)。一些過(guò)程開(kāi)關(guān)有兩個(gè)調(diào)整：設(shè)定點(diǎn)和死區(qū)調(diào)整。

死區(qū)調(diào)整的目的是提供一個(gè)可調(diào)整的緩沖范圍，在開(kāi)關(guān)改變狀態(tài)之前必須經(jīng)過(guò)該范圍。以我們的 85 PSI 低壓開(kāi)關(guān)為例，設(shè)定點(diǎn)為 85 PSI，但如果死區(qū)為 5 PSI，則意味著開(kāi)關(guān)不會(huì)改變狀態(tài)，直到壓力升至 90 PSI 以上(85 PSI + 5 PSI)。

校準(zhǔn)離散儀器時(shí)，必須確保在正確的激勵(lì)變化方向上檢查設(shè)定點(diǎn)的準(zhǔn)確性。對(duì)于我們的氣壓開(kāi)關(guān)示例，這意味著檢查開(kāi)關(guān)是否在 85 PSI 下降時(shí)改變狀態(tài)，而不是 85 PSI 上升。

如果不是因?yàn)樗绤^(qū)的存在，那么在校準(zhǔn)測(cè)試期間施加的壓力以何種方式變化都無(wú)關(guān)緊要。然而，無(wú)論死區(qū)是否可調(diào)，分立式儀器中始終存在死區(qū)。

例如，死區(qū)為 5 PSI 的壓力開(kāi)關(guān)設(shè)置為在 85 PSI 下降時(shí)跳閘，將在 90 PSI 上升時(shí)重新設(shè)置。相反，設(shè)置為在 85 PSI 上升時(shí)跳閘的壓力開(kāi)關(guān)(具有相同的 5 PSI 死區(qū))將在 80 PSI 下降時(shí)重新設(shè)置。

在這兩種情況下，開(kāi)關(guān)在 85 PSI 時(shí)“跳閘”，但為該跳閘點(diǎn)指定的壓力變化方向定義了將在 85 PSI 的哪一側(cè)找到重置壓力。

無(wú)需太多試錯(cuò)即可有效校準(zhǔn)離散儀器的程序是將激勵(lì)設(shè)置為所需值(例如，我們假設(shè)的低壓開(kāi)關(guān)為 85 PSI)，然后將設(shè)定點(diǎn)調(diào)整朝相反方向移動(dòng)作為刺激的預(yù)期方向(在這種情況下，增加設(shè)定點(diǎn)值直到開(kāi)關(guān)改變狀態(tài))。

該技術(shù)的基礎(chǔ)是認(rèn)識(shí)到大多數(shù)比較機(jī)制無(wú)法區(qū)分上升的過(guò)程變量和下降的設(shè)定點(diǎn)(反之亦然)。

因此，下降的壓力可以通過(guò)上升的設(shè)定點(diǎn)調(diào)整來(lái)模擬。您仍然應(yīng)該執(zhí)行實(shí)際的變化激勵(lì)測(cè)試以確保儀器在實(shí)際情況下正確響應(yīng)，但這個(gè)“技巧”將幫助您在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的校準(zhǔn)。