CN217213106U - 用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置 - Google Patents

Abstract

一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置，包括程控高低温试验箱、程控标准信号源、第一程控多路选通开关、第二程控多路选通开关、程控标准电流表、程控负载箱和上位机；程控标准信号源的输出端与第一程控多路选通开关的第一端连接，第二程控多路选通开关的第二端与程控标准电流表的第一端连接，所述的程控标准电流表的第二端与程控负载箱的第一端连接，程控负载箱的第二端接地。本实用新型达到了变送器的自动校准工作，显著降低了人工操作难度，减少了人工操作时间，使得校准效率得到极大的提升，校准准确度也得到足够的保证，使变送器能准确地建立温度补偿系数表以及负载补偿系数表，提高变送器电流输出精度。

Description

用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置

技术领域

本实用新型涉及电学领域，尤其涉及变送器，特别是一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置。

背景技术

变送器是测量非电量信号或电量信号，并把测量结果变换为对应比例的直流电流或直流电压的装置。它广泛应用于发电厂，变电站的电气测量，巡回检测，计算机监测和电网调度自动化的数据采集等。因电流输出抗干扰性优于电压输出，故现在大多用户选择电流输出的变送器，如4-20mA。变送器准确度对于系统运行和决策起至关重要的作用，现有技术中大多数变送器在参比条件下准确度较高，但用户在实际使用过程中综合误差较大，用户满意度较低。主要原因是用户现场温度与参比条件有较大变化，以及用户实际负载与参比负载不一致造成的。现有变送器厂家为了降低这些影响，常用温度系数较低的器件解决温度对输出的影响，以及用差分电路解决负载对输出的影响。但由于变送器输入到输出的环节较多，造成总的温度系数仍然较高。差分电路中，电阻的精度对变送器电流输出的影响ΔIo/Io最大值近似表达式如下：

ΔIo/Io＝(2δ·ΔRl)/Rs

式中δ为电阻精度，Rs为电流采样电阻值，ΔRl为负载电阻变化值。当电阻精度为0.1％，采样电阻100Ω，负载电阻变化200Ω时，电流输出误差最大值为0.4％。

由于变送器的温度补偿系数表和负载补偿系数表不能准确地建立，因此导致现有技术中变送器电流输出精度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置，所述的这种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置要解决现有技术中变送器电流输出精度较低以及的技术问题。

本实用新型的一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置，包括程控高低温试验箱、程控标准信号源、第一程控多路选通开关、第二程控多路选通开关、程控标准电流表、程控负载箱和上位机；程控标准信号源的输出端与第一程控多路选通开关的第一端连接，第二程控多路选通开关的第二端与程控标准电流表的第一端连接，所述的程控标准电流表的第二端与程控负载箱的第一端连接，程控负载箱的第二端接地，程控高低温试验箱、程控标准信号源、第一程控多路选通开关、第二程控多路选通开关、程控标准电流表、程控负载箱分别与上位机的输入输出端连接。

本实用新型实现了变送器的自动校准工作，显著降低了人工操作难度，减少了人工操作时间，使得校准效率得到极大的提升，校准准确度也得到足够的保证，使变送器能准确地建立温度补偿系数表以及负载补偿系数表，提高变送器电流输出精度，大大的降低该变送器的生成难度和生产成本。

附图说明

图1为采用了本实用新型的用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置的一个提高变送器电流输出精度的装置的实施例的示意图。

图2为本实用新型一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型并不限制于本实施例，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。本实用新型中的上、下、前、后、左、右等方向的使用仅为了描述方便，并非对本实用新型的技术方案的限制。

实施例1

如图2所示，本实用新型的一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置，包括程控高低温试验箱21、程控标准信号源22、第一程控多路选通开关23、第二程控多路选通开关25、程控标准电流表26、程控负载箱27和上位机28；程控标准信号源22的输出端与第一程控多路选通开关23的第一端连接，第一程控多路选通开关23的第二端与变送器的输入端连接，变送器的输出端与第二程控多路选通开关25的第一端连接，第二程控多路选通开关25的第二端与程控标准电流表26的第一端连接，程控标准电流表26 的第二端与程控负载箱27的第一端连接，程控负载箱27的第二端接地，所述的程控高低温试验箱21、程控标准信号源22、第一程控多路选通开关23、第二程控多路选通开关25、程控标准电流表26、程控负载箱27分别与上位机28的输入输出端连接。

本校准装置可同时校准多只变送器，具体数量依赖于所述的程控多路选通开关的通道数量，各个变送器与第一程控多路选通开关23和第二程控多路选通开关25连接，

本装置中所述的程控高低温试验箱21用于模拟环境温度的变化，由所述的上位机28 通信控制；所述的程控标准信号源22产生被校准变送器的标准信号，由所述的上位机28通信控制；所述的第一程控多路选通开关23使所述的标准信号源产生的标准信号分别输入到各个被校准变送器中，由所述的上位机28通信控制；所述的第二程控多路选通开关25使各个被校准变送器输出电流分别输出到所述的程控负载箱27，其与所述的第一程控多路选通开关23同步；所述的程控负载箱27模拟用户负载的变化，由所述的上位机28 控制；所述的程控标准电流表26用于测量流入到所述的程控负载箱27的实际电流值，实际电流值通过通信读入到上位机28中；各个被校准变送器通过所述的通信单元9以总线方式与上位机28连接；

本装置用于校准变送器工作时，将被校准变送器置于所述的程控高低温试验箱21内，所述的上位机28控制所述的程控高低温试验箱21中的温度，使所述的程控高低温试验箱 21中的温度达到参比条件下温度值并稳定；

然后，所述的上位机28控制所述的程控标准信号源22，使所述的程控标准信号源22 输出设定的信号值并稳定；

然后，所述的上位机28控制所述的第一程控多路选通开关23，依次接通所述的程控标准信号源22输出与每个被校准变送器的信号输入；

同时，所述的上位机28控制所述的第二程控多路选通开关25，与所述的第一程控多路选通开关23同步连通同一个被校准变送器，使各个被校准变送器电流依次输出到所述的程控标准电流表26和所述的程控负载箱27；

然后，所述的上位机28控制所述的程控负载箱27，使所述的程控负载箱27中负载调整为参比条件下负载值；

然后，所述的上位机28通过总线读取被校准变送器中的输出电流Io，以及读取所述的程控标准电流表26测量的实际电流值Ir；

然后，所述的上位机28继续调整所述的程控标准信号源22输出每一个信号值，并读取对应的被校准变送器中的输出电流Iox和所述的程控标准电流表26测量的实际电流值Irx；

然后，所述的上位机28根据每一个Iox、Irx计算出线性系数和偏移量并通过总线写入到被校准变送器中非易失存储器中；

然后，所述的上位机28调整所述的程控标准信号源22调整为额定值，根据需要多次改变所述的程控负载箱27中负载值，以及读取所述的程控标准电流表26测量的实际电流值，计算当前温度和当前负载下的负载补偿系数，并通过总线写入到被校准变送器中非易失存储器中。负载变化细度可根据变送器输出补偿精度以及负载变化对变送器输出影响确定；

然后，所述的上位机28控制所述的第一程控多路选通开关23和所述的第二程控多路选通开关25，开始下一个被校准变送器的校准；

然后，当所有被校准变送器在当前温度下，各个负载值校准完成后，生成当前温度各个负载的负载补偿系数并存储到各个被校准变送器中的非易失存储器中；

然后，所述的上位机28控制所述的程控高低温试验箱21中的温度，使所述的程控高低温试验箱21中的温度达到设定温度值并稳定，同时调整所述的程控负载箱27，使其负载值为参比条件下负载值，同时调整信号值，测量被校准变送器的输出电流值。温度变化细度可根据变送器输出补偿精度以及温度变化对变送器输出影响来确定；

然后，所述的上位机28中计算当前温度的温度补偿系数，并存储到被校准变送器中非易失存储器中的温度补偿系数表中；

然后，在当前温度下，所述的上位机28控制所述的程控负载箱27以及其他各设备，并计算得到当前温度各个负载的负载补偿系数并存储到被校准变送器中非易失存储器中；

然后，所述的上位机28校准所有被校准变送器在当前温度下的温度补偿系数以及各个负载的负载补偿系数，并存储到各个被校准变送器中的非易失存储器中；

最后，所述的上位机28中的校准各个环境温度下、每一个被校准变送器的温度补偿系数以及各个负载的负载补偿系数，并存储到每一个被校准变送器中的非易失存储器中；

变送器能提高变送器输出精度的关键是准确地建立所述的温度补偿系数表以及所述的负载补偿系数表。

如图2所示，本实用新型的自动校准装置在校准变送器电流输出精度时的步骤如下：

步骤1、将多只被校准变送器置于程控高低温试验箱21箱内，并连接好各个被校准变送器端子连线。上位机28控制程控高低温试验箱21，使其箱内温度达到参比条件温度值并稳定。同时上位机28控制程控负载箱27，使其负载值为参比条件负载值。同时上位机 28通过RS-485总线校准所有被校准变送器内的温度传感器以及初始化所有被校准变送器的所有的校准参数。本实施例中参比条件温度值为20℃，参比条件负载值为250Ω。本实施例中校准参数初始化后，温度补偿系数表与负载补偿系数表均为零；

步骤2、上位机28控制程控多路选通开关23，使被校准变送器信号输入与程控标准信号源22连通，同时上位机28控制程控多路选通开关25，使被校准变送器电流输出与程控标准电流表26连通。

步骤3、上位机28控制程控标准信号源22，根据校准方案，使其输出为设定的信号值，进行信号输入校准。本实施例中采用两点校准，先使程控标准信号源22输出为零，上位机28通过RS-485总线读取此时被校准变送器的S_in。设变送器约定零信号输入时，对应的V_in值应为零，则得到V_os＝S_in，并将V_os存储到被校准变送器的存储单元中；而后使程控标准信号源22输出为变送器输入的满量程值，上位机28通过RS-485总线读取此时被校准变送器的S_in，设变送器约定满量程信号输入时，对应的V_in值应为V_F，上位机28通过以下公式得到K_vs。上位机28将K_vs存储到被校准变送器的存储单元中，并使信号输入校准生效；

步骤4、上位机28控制程控标准信号源22，根据校准方案，使其输出为设定的信号值，进行电流输出校准。本实施例中设零信号输入时目标输出电流为I_z，满量程信号输入时目标输出电流为I_F，所以被校准变送器I_os＝I_z。上位机28修正变送器中I_os为I_z，并使其生效。上位机28而后使程控标准信号源22输出为变送器输入的满量程值，并实时监视程控标准电流表26测得的电流值，并同时动态修正被校准变送器K_iv的值，使程控标准电流表26测得的电流值为I_F。上位机28将此时的K_iv值写入被校准变送器中，并使其生效；

步骤5、上位机28使程控标准信号源22输出为变送器输入的满量程值，并调整程控负载箱27的负载值，使其为一个分档负载值，同时读取程控标准电流表26测得的电流值I_o，按下式计算当前温度当前负载的负载补偿系数C_L，并将C_L存储在被校准变送器存储单元中的负载补偿系数表的对应位置。本实施例中负载分档为50Ω，此处可将程控负载箱调整为300Ω。此时得到的负载补偿系数为温度20℃，负载300Ω交叉处的负载补偿系数。

步骤6、上位机28继续调整程控负载箱27的负载值，使其为下一个分档负载值，同步骤5。直到当前温度下，所有分档负载值的负载补偿系数校准完成。本实施例中，用户负载范围为0-500Ω，每50Ω一挡，共11档(含两端点)，其中参比条件负载值250Ω处负载补偿系数为零；

步骤7、上位机28控制程控多路选通开关23，使下一个被校准变送器信号输入与程控标准信号源22连通，同时上位机28控制程控多路选通开关25，使该被校准变送器电流输出与程控标准电流表26连通；

步骤8、重复步骤3到步骤7，直到完成所有被校准变送器的输入输出校准以及当前温度下负载补偿校准；

步骤9、上位机28控制程控高低温试验箱21，使其箱内温度为下一个分档温度值并稳定。同时上位机28控制程控负载箱27，使其负载值为参比条件负载值。本实施例中温度分档为10℃，此处可选温度30℃；

步骤10、上位机28使程控标准信号源22输出为变送器输入的满量程值，同时读取程控标准电流表26测得的电流值I_o，按下式计算当前温度档的温度补偿系数C_t。并将C_t存储在被校准变送器存储单元中的负载补偿系数表的对应位置；

步骤11、重复步骤5到步骤8，直到完成所有被校准变送器的当前温度档下负载补偿校准；

步骤12、重复步骤9-步骤11，直到完成所有被校准变送器的所有温度档的温度系数校准，以及所有负载档的负载补偿校准。

如图1所示，本实施例中，采用本实用新型校准的变送器，包括温度传感器3、负载评估单元8、V/I转换单元7、逻辑控制单元5、温度补偿单元1、负载补偿单元2、求和运算单元4、存储单元6、采样电阻Rs以及通信单元9，所述的负载评估单元8的第一输入端和第二输入端分别与采样电阻Rs的两端连接，负载评估单元8输出端与逻辑控制单元5的输入端连接，逻辑控制单元5的第一输出端与温度补偿单元1的第二输入端连接，逻辑控制单元5的第二输出端与负载补偿单元2的第二输入端连接，温度补偿单元1、负载补偿单元2以及求和运算单元4的第一输入端均与Vin输入端连接，温度补偿单元1的输出端与求和运算单元4的第二输入端连接，负载补偿单元2的输出端与求和运算单元4 的第三输入端连接，求和运算单元4的输出端与V/I转换单元7的输入端连接，V/I转换单元7的输出端与采样电阻Rs的一端连接；温度传感器3、存储单元6与逻辑控制单元5 的输入端连接，通信单元9与逻辑控制单元5的输入输出端连接。

采样电阻Rs的另一端与负载RL的一端连接，负载RL另一端接地。所述的通信单元9与上位机28通信，用于变送器输出的校准。

本实施例中，利用上述经本实用新型校准的变送器实现的提高变送器电流输出精度的方法，包括：利用所述的负载评估单元8根据输入到采样电阻Rs两端的电压信号V1、V2评估用户负载大小，并把负载评估结果通知到所述的逻辑控制单元5；所述的温度传感器 3测量环境温度，并把环境温度值通知到所述的逻辑控制单元5；

所述的逻辑控制单元5根据环境温度值查询所述的存储单元6中的所述的温度补偿系数表，读取对应的温度补偿系数值，并把读取到的温度补偿系数值进行数学处理得到当前环境温度下的温度补偿系数，并把当前温度补偿系数传递给所述的温度补偿单元1；

同时，所述的逻辑控制单元5根据负载评估结果与环境温度值查询所述的存储单元6 中的负载补偿系数表，读取对应的负载补偿系数值，并把读取到的温度补偿系数值进行数学处理得到当前环境温度以及当前负载下的负载补偿系数，并把当前负载补偿系数传递给所述的负载补偿单元2；所述的负载补偿系数表是一个关于温度T与负载RL的二维表格，即负载补偿系数CL＝f(RL，T)；

然后，所述的温度补偿单元1根据所述的逻辑控制单元5传递过来的当前温度补偿系数以及输入的Vin信号值生成温度补偿电压Vct，并输出到所述的求和运算单元4；

同时，所述的负载补偿单元2根据所述的逻辑控制单元5传递过来的当前负载补偿系数以及输入的Vin信号值生成负载补偿电压VcL，并输出到所述的求和运算单元4；

然后，所述的求和运算单元4根据所述的温度补偿单元1传递来的温度补偿电压Vct、所述的负载补偿单元2传递来的负载补偿电压VcL以及输入的Vin信号值，三项求和得到电压Vo并输出到V/I转换单元7；

然后，V/I转换单元7根据求和单元传递来的电压信号Vo转换成对应的电流信号Io，电流信号Io流过电流采样电阻Rs，然后流向外接的用户负载；

最后，电流流过采样电阻Rs和用户负载，在采样电阻Rs两端分别产生对地电压V1，V2，并将电压V1，V2输入到所述的负载评估单元8。

通过上述的处理，本实用新型达到了提高电流输出精度的目的，显著降低了环境温度对变送器输出精度的影响，以及用户负载对变送器输出的影响。

按照图1所示，提高变送器电流输出精度的具体过程如下：

过程1、变送器的输入信号经过前期处理得到图1中的标定后的输入电压信号V_in，常见的前期处理多为线性变换，其表达式为：

V_in＝K_vs·(S_in-V_os)

式中S_in为外部输入信号经过变送器取样等处理后的信号，K_vs为系数，V_os为偏移量；当然也有一些信号需进行复杂的信号处理，如非线性变换，一般非线性变换常采用局部线性化处理，本专利对此不再赘述。输入电压信号V_in同时传递至温度补偿单元1，负载补偿单元2以及求和运算单元4；

过程2、逻辑控制单元5使当前温度补偿系数Ct初值与当前负载补偿系数CL初值均为零，此时温度补偿量V_ct与负载补偿量V_cL均为零，经过求和运算单元4后V_o＝V_in+0+0， V_o经过电压电流(V/I)转换单元7后输出I_o，流向电流取样电阻Rs以及用户负载电阻RL。本实施例中V/I转换采用线性变换，公式如下：

I_o＝K_iv·V_o+I_os

式中K_iv为V/I转换系数，I_os为V/I转换偏移量，即电压V_o为零时，输出电流I_o的值；

过程3、在电流取样电阻Rs两端产生的电压V1和V2输入到负载评估单元8，负载评估单元8对V1，V2经过A/D转换后按以下表达式计算出当前用户负载电阻值R_Le，并将计算结果输出到逻辑控制单元5；

过程4、逻辑控制单元5读取温度传感器3测得的当前环境温度值T，根据当前环境温度值T查询存储单元6中的温度补偿系数表61，得到当前环境温度值T对应的上下档温度值(令上下分档温度分别为T₀，T₁)对应的温度补偿系数C_t0，C_t1。如本实施例温度每档 10℃，若当前环境温度T为43℃，应读取40℃与50℃两档的温度补偿系数。逻辑控制单元5经过线性插值得到当前环境温度的温度补偿系数C_t，其表达式如下，并将温度补偿系数C_t传递到温度补偿单元；

过程5、逻辑控制单元5根据当前环境温度值T以及当前用户负载电阻值R_Le，查询存储单元6中的负载补偿系数表62。由于负载变化引起的变送器电流输出精度变化量在不同温度下有所差异，本实施例中为了更好的补偿负载变化，存储的负载补偿系数表62是一个关于负载电阻值R_Le和环境温度T的二维表格。逻辑控制单元5得到当前环境温度值T 对应的上下档温度值以及用户负载电阻值R_Le对应的上下两档负载值交叉组成的4个负载补偿系数C_L00，C_L01，C_L10，C_L11。如本实施例中温度每档10℃，用户负载电阻值R_Le每档 50Ω，若当前环境温度T为43℃，当前用户负载R_Le为380Ω，应读取40℃与350Ω，40℃与400Ω，50℃与350Ω，50℃与400Ω这4个交叉点处的负载补偿系数。逻辑控制单元5 经过双线性插值得到当前环境温度、当前用户负载的负载补偿系数C_L，并将当前温度补偿系数C_L传递到负载补偿单元。令当前环境温度对应的上下分档温度分别为T₀、T₁，当前用户负载对应的上下分档负载分别为R_Le0，R_Le1，则

过程6、逻辑控制单元5将当前温度补偿系数C_t传至温度补偿单元1，温度补偿单元1 根据C_t以及输入电压信号V_in得到温度补偿值V_ct，并把温度补偿值V_ct传递至求和运算单元 4。本实施例补偿值直接采用线性变换，表达式如下：

V_ct＝C_t·V_in

过程7、逻辑控制单元5将当前负载补偿系数C_L传至负载补偿单元2，负载补偿单元2 根据C_L以及输入电压信号V_in得到负载补偿值V_cL，并把负载补偿值V_cL传递至求和运算单元 4。本实施例补偿值直接采用线性变换，表达式如下：

V_cL＝C_L·V_in

过程8、求和运算单元4根据温度补偿值V_ct，负载补偿值V_cL以及输入电压信号V_in作求和运算，表达式如下，得到电压信号V_o，并输出到电压电流(V/I)转换单元7；

V_o＝V_in+V_ct+V_cL

过程9、电压电流(V/I)转换单元7将输入电压V_o转换成电流I_o输出，同过程2；

过程10、重复过程3；

本实施例通过上述一系列的处理，达到了提高变送器电流输出精度的目的。

本实用新型的校准装置通过上述步骤达到了前述的变送器的自动校准工作，显著降低了人工操作难度，减少了人工操作时间，使得校准效率得到极大的提升，校准准确度也得到足够的保证，使变送器能准确地建立温度补偿系数表以及负载补偿系数表，提高变送器电流输出精度，大大的降低该变送器的生成难度和生产成本。

Claims (1)

1.一种用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置，其特征在于：包括程控高低温试验箱、程控标准信号源、第一程控多路选通开关、第二程控多路选通开关、程控标准电流表、程控负载箱和上位机；程控标准信号源的输出端与第一程控多路选通开关的第一端连接，第二程控多路选通开关的第二端与程控标准电流表的第一端连接，程控标准电流表的第二端与程控负载箱的第一端连接，程控负载箱的第二端接地，所述的程控高低温试验箱、程控标准信号源、第一程控多路选通开关、第二程控多路选通开关、程控标准电流表、程控负载箱分别与上位机的输入输出端连接。

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