【儀表網(wǎng) 儀表科普】通過量化工況，儀表在工業(yè)過程中發(fā)揮著至關重要的作用，其測量會影響產品質量和運營安全。所有儀表，即使是最精確的儀表，都會表現(xiàn)出一定程度的測量誤差，即測量值和參考值之間的差異。
誤差的大小取決于儀表的類型、功能和工況，并且誤差通常會隨時間的增加而增加。因此，一般需要對這些誤差進行量化，以確定測量是否足夠可靠，是否能夠達到其預期目的。
盡管校準對于準確、高效和安全的生產至關重要，但如果處理不當，校準可能耗時且成本高昂，還會導致停機并引發(fā)事故。為了確定測量可靠性、工廠效率和過程安全的最佳平衡，定義每個儀表的精度要求以及必須校準儀表的頻率至關重要。
過于頻繁的校準會浪費企業(yè)資源并造成計劃內停機過多，但儀表校準過少，則會對產品質量、合規(guī)性和安全產生不利影響，同時增加計劃外停機的可能性。
校準與驗證
校準是在定量測量和已知參考之間建立關系的過程。驗證通常是提供客觀證據(jù)的定性規(guī)定，證明給定的測量滿足規(guī)定的要求。
校準測試的目標，是確定給定設備(被測單元)的測量誤差。一旦知道測量誤差，被測試單元就可以用作校準另一個儀表的參考，主儀表驗證是這種做法的常見案例。該校準鏈必須始終指向國家或國際主要參考，以保證計量的可追溯性(圖1)。
圖1 ：儀表校準對參考標準的可追溯性， 可以確保校準的有效性。
驗證的概念更為廣泛， 通常指將校準結果與特定要求進行比較， 以確定合規(guī)性。用于驗證的最常見要求是最大允許誤差(MPE)，由制造商、計量機構、最終用戶或監(jiān)管機構定義。如果通過校準確定的設備測量誤差小于MPE，則儀表滿足規(guī)定要求并通過驗證測試(圖2)。
圖2 ：基于流量計最大允許誤差(MPE)的驗證測試。
通常情況下，MPE 通過臨界評估和每個儀表測量誤差的后果來確定。MPE 與監(jiān)管要求相結合，通常用于確定校準頻率和程序。
具有嚴格M P E 的儀表, 通常必須在嚴格的條件下進行實驗室測試，但對于MPE 不太嚴格的儀器，評估人員可以采用破壞性較小的校準方法，甚至在線驗證。
對于受支持的專用儀表，在線驗證降低了校準頻率，從而提高了工廠的可用性，同時還可以降低運輸過程中損壞的風險，以及必須將儀表從過程中移除然后重新安裝到過程中出錯的風險。此外，隨著時間的推移，這種更為頻繁且易于使用的驗證方法，使運行人員能夠跟蹤儀表的性能，提供測量漂移的早期預警，從而減少計劃外停機時間。
儀表校準間隔
校準間隔定義為兩次校準之間的時間。校準間隔應根據(jù)儀表的關鍵性和測量誤差漂移到可接受范圍之外的風險來確定，但通常情況并非如此(圖4)。
圖4 ：儀表測量誤差的風險，隨著時間的推移而增加，應確定校準間隔，以將該誤差保持在可接受的范圍內。
實際上，大多數(shù)校準間隔是使用反應性方法確定的，在這些方法中，最初的校準間隔設置在一個方便的頻率，然后根據(jù)先前校準的數(shù)據(jù)進行調整。該程序的問題是，它不試圖建?；蝾A測隨時間變化的測量可靠性。
在建立滿足可靠性目標的時間間隔方面，反應性方法通常不如統(tǒng)計方法有效，并且通常需要數(shù)年才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。
流量計和移動校準
通常通過濕法標定( w e t c a l i b r a t i o n)，來滿足對分析傳感器進行定期檢查的法規(guī)要求，這需要將傳感器(如pH 或電導率探針)浸入到參考溶液中。對于流量計來說，必須使用過程介質生成一個已知的流速。
這類濕法標定很容易在實驗室環(huán)境中進行，因為在實驗室中環(huán)境受控，儀表可及，且具備必要的設備。但在生產系統(tǒng)中，通常不具備上述條件，因此在實驗室中執(zhí)行的相同校準程序，在生產環(huán)境中通常無法發(fā)揮作用。
在過程工廠中，濕法標定還有另外一個缺點：傳感器通常必須從過程中移除，并發(fā)送到實驗室進行驗證，然后運回工廠并在校準后重新安裝。在這個過程中，可能會發(fā)生運輸或誤操作損壞，并且無法檢測到這些損壞，從而導致最新校準的儀表無法根據(jù)實驗室驗證的結果運行。
為了將過程影響降至最低，許多設施選擇在現(xiàn)場校準溫度、壓力和分析儀表，但因為流量計校準需要專用設備，必須將其送往實驗室進行校準。但工廠人員還有另外一種選擇：在現(xiàn)場使用經認證的、配置了移動校準裝置的流量校準器(圖5)。
圖5 ：現(xiàn)場校準和實驗室校準的估計時間比較。
這種類型的現(xiàn)場儀表校準具有如下優(yōu)勢：
● 提高工廠可用性；
● 無需拆卸和裝運設備；
● 與實驗室中檢測到的錯誤相比，為錯誤源提供了更多的情境信息；
● 將額外庫存和備件的需求降至最低，因為被校準的儀表停止使用并重新投入使用的時間較短。
這種移動方式方便且經濟高效，無需將儀表運送到異地。但是，在儀表停止使用，以及在重新布線和恢復服務期間，當需要打開主要工藝回路和停用電子設備時，技術人員仍必須采取預防措施。
智能儀表和技術進步
現(xiàn)代智能傳感器通常設置為可以存儲校準記錄，有些傳感器甚至可以執(zhí)行自校準。例如，現(xiàn)代制藥級蒸汽就地溫度傳感器，就包含一個高精度基準，被稱為“居里點”(又作居里溫度)，在蒸汽就地滅菌循環(huán)期間，該基準在特定的居里溫度下會發(fā)生突然的鐵磁變化?？梢酝ㄟ^電子方式檢測到特性變化，在達到居里溫度時觸發(fā)自動過程值檢查點(圖6)。
圖6 ：自校準溫度傳感器，通過在每個蒸汽就地循環(huán)期間進行自檢，消除了手動校準停機時間，為關鍵過程提供了準確的測量保證。
雖然流量計無法實現(xiàn)自校準技術，但許多其它技術進步正在簡化校準和驗證程序，并提高測量的完整性。這些進步包括：
● 具有可拆卸傳感器的儀表，因此接線保持完整，減少電氣重新布線的錯誤。
● 傳感器存儲校準證書，與手持維護設備同步，用于審查和審計跟蹤。
● 預先校準的傳感器可以快速輕松地更換，減少停機時間。
● 現(xiàn)場測試方法，支持在線驗證。
● 內置傳感器自診斷，提供故障預警。
● 智能變送器可連續(xù)掃描問題，在傳感器需要清潔或校準時提醒運行人員。
關于校準和驗證的建議
關于校準和驗證關鍵點的簡要概述包括：
● 校準具有定量結果。
● 通常，驗證報告以定性方式發(fā)布，例如通過- 失敗標準。
● 校準后的驗證確保了設備測量的最高質量。
● 可以在兩次校準之間進行無校準的驗證，通?？梢匝娱L所需的校準間隔。
● 認證校準和驗證程序中需要可追溯性。
當今的許多儀表具有診斷問題、執(zhí)行驗證和生成可審計報告的內置功能，簡化了校準和驗證相關任務，并減少了手動干預和工廠停機要求。當在線校準不可行時，更少、更快的離線校準可以提高設備的整體效率。
這些智能儀表使工廠人員能夠實現(xiàn)最大的正常運行時間，同時保持合規(guī)性并維護最高水平的安全性。從某種程度來說，企業(yè)的競爭優(yōu)勢取決于準確的測量和高效的生產，通過優(yōu)化校準程序和盡可能使用在線驗證，工廠人員可以確保盈利、合規(guī)和安全運行。(作者：Adam Booth)
關鍵概念：
■ 企業(yè)的競爭優(yōu)勢取決于準確的測量和高效的生產。
■ 經常進行校準和驗證測試，有助于確保準確性并減少潛在停機時間。
■ 現(xiàn)代智能儀表通?？梢源鎯π视涗?，有些傳感器甚至可以執(zhí)行自校準。
思考一下：
您多久對過程儀表進行一次測試，并采取哪些預防措施來減少停機時間？
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