【儀表網 儀表科普】通過量化工況，儀表在工業過程中發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的定性規定，證明給定的測量滿足規定的要求。
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，然后根據先前校準的數據進行調整。該程序的問題是，它不試圖建模或預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計方法有效，并且通常需要數年才能達到穩定狀態。
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境中進行，因為在實驗室中環境受控，儀表可及，且具備必要的設備。但在生產系統中，通常不具備上述條件，因此在實驗室中執行的相同校準程序，在生產環境中通常無法發揮作用。
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 ：現場校準和實驗室校準的估計時間比較。
這種類型的現場儀表校準具有如下優勢：
● 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行自校準。例如，現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期間，該基準在特定的居里溫度下會發生突然的鐵磁變化。可以通過電子方式檢測到特性變化，在達到居里溫度時觸發自動過程值檢查點(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，通常可以延長所需的校準間隔。
● 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最大的正常運行時間，同時保持合規性并維護最高水平的安全性。從某種程度來說，企業的競爭優勢取決于準確的測量和高效的生產，通過優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、合規和安全運行。(作者：Adam Booth)
關鍵概念：
■ 企業的競爭優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。
■ 現代智能儀表通常可以存儲校準記錄，有些傳感器甚至可以執行自校準。
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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