What is Sensor Calibration and Why is it Important?

RealPars

21 Jan 201909:12

Summary

TLDR传感器校准对于现代工艺流程工厂的运作至关重要，它能确保传感器准确测量流量、压力、温度等关键过程变量，从而让控制系统精确调整阀门、泵和其他执行器，保障工厂的安全高效运行。视频介绍了校准的概念、重要性以及如何通过“现状检查”和精确调整来最小化误差，强调了校准对于提高过程控制精度和保障过程安全的重要性。

Takeaways

🔍 传感器校准对于现代工艺流程工厂的运行至关重要，它能确保传感器准确地测量流量、水平、压力和温度等重要工艺变量。
📈 校准是通过一系列调整，使仪器或设备尽可能准确无误地运行，减少误差，即测量值与实际值之间的代数差。
🛠️ 传感器误差可能由多种因素引起，包括设备零点参考不准确、环境条件变化导致的量程偏移，以及机械磨损或损坏。
🔧 校准过程包括对传感器进行“现状检查”，即在进行任何调整之前先进行一次校准，以确定是否需要重新校准。
📊 进行“现状检查”时，使用精确的仪器生成0%、25%、50%、75%和100%的过程范围信号，并记录相应的输出信号，这称为“五点检查”。
🔄 检查滞后现象（hysteresis）时，记录并比较传感器输出在上升和下降过程中的偏差，以确保传感器的准确性。
🎯 如果测量偏差超过允许的最大偏差，就需要进行完整的校准。如果偏差在允许范围内，则不需要校准。
🔩 校准时需要使用非常精确的过程模拟器，如压力源，并使用电流表测量传感器的4-20 mA输出。
🔄 校准模拟传输器时，需要调整零点和量程，以减少测量误差。模拟传输器的零点和量程调整是相互影响的，因此校准是一个迭代过程。
📱 数字传输器允许通过调整模拟到数字转换器的输出（称为“传感器微调”）或数字到模拟转换器的输入（称为“4-20 mA微调”或“输出微调”）来校准。
🚀 校准后的误差会再次被图形化表示，以确保误差控制在规定的容忍范围内，从而确保工艺流程的高效和安全运行。

Q & A

现代工艺工厂中，工程师为何要指定传感器来测量过程变量？
-工程师指定传感器来测量如流量、液位、压力和温度等重要的过程变量，以便过程控制系统能够调整阀门、泵和其他执行器，以维持这些量的适当值，并确保安全运行。
传感器校准的目的是什么？
-传感器校准的目的是进行一系列的调整，使传感器或仪器尽可能准确地或无误差地运行，以确保传感的实际值能够被感知并传递给控制系统。
传感器测量误差可能由哪些因素引起？
-传感器测量误差可能由多种因素引起，包括仪器可能没有正确的零点参考、电子设备随时间漂移、传感器范围的偏移以及机械磨损或损坏等。
为什么控制系统需要准确的传感器数据？
-控制系统需要准确的传感器数据来做出正确的控制决策，如调整控制阀的输出或设置给料泵的速度，以保证过程的高效和安全运行。
传感器校准程序通常要求多久进行一次？
-现代工艺工厂的传感器校准程序通常要求仪器定期进行校准，尽管校准可能需要相当长的时间，特别是当设备难以到达或需要特殊工具时。
进行“现状”检查的目的是什么？
-进行“现状”检查的目的是在使用精确的仪器进行校准之前，对传感器进行一次校准，以确定当前的仪器校准是否在设备的公差范围内，从而决定是否需要重新校准。
“五点检查”是如何进行的？
-“五点检查”是通过使用精确的仪器产生对应于传感器0%、25%、50%、75%和100%过程范围的过程信号，然后观察并记录相应的传感器输出，以毫安为单位。
如何检查传感器的滞后现象？
-为了检查滞后现象，即传感器输出对于过程值在减小（'downscale'）时与增加（'upscale'）时不同的现象，需要记录对应于100%、75%、50%、25%和0%的输出信号，并计算每个检查点的偏差。
如果传感器的偏差大于允许的最大偏差，应该怎么办？
-如果传感器的偏差大于允许的最大偏差，则需要进行完整的校准。
在校准模拟传感器时，通常使用什么类型的设备？
-在校准模拟传感器时，通常使用非常精确的过程模拟器，如压力源，以及连接到过程侧的传感器，并使用电流表来测量传感器的4-20 mA输出。
数字传感器的校准如何进行？
-对于数字传感器，可以通过调整模拟到数字转换器的输出（称为“传感器微调”）和/或数字到模拟转换器的输入（称为“4-20 mA微调”或“输出微调”）来调整传入的传感器信号。
校准后，传感器的最大偏差应降低到多少？
-校准后，传感器的最大偏差应降低到规定的公差范围内，例如从0.38%降低到0.18%，确保在0.20%的公差范围内。

Outlines

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🔧 传感器校准的重要性与过程

本段落介绍了传感器在校准过程中的关键作用，强调了传感器测量的重要性，如流量、液位、压力和温度等，以及这些测量如何帮助过程控制系统调整阀门、泵和其他执行器，以保持这些量的适当值并确保安全操作。视频将解释如何通过“传感器校准”来维持这些传感器的操作，以确保过程的实际值被感知并传递给控制系统。此外，还讨论了误差的概念、误差的成因、以及如何通过“现场发现”检查和五点检查来确定是否需要校准。

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📊 校准结果分析与调整

这一部分讨论了如何分析校准结果，并根据最大偏差容限决定是否需要进行校准。通过使用压力供应器和电流表等精确设备，对传感器进行校准。对于模拟传感器，需要调整零点和量程以减少测量误差，而数字传感器则可以通过调整模拟到数字转换器输出或数字到模拟转换器输入来进行校准。校准后，误差会被重新绘制，以确保误差在容忍范围内。视频最后强调了传感器校准的重要性，以及它如何使过程控制更加准确，从而提高过程的效率和安全性。

Mindmap

Keywords

💡传感器校准

传感器校准是指对传感器或仪器进行的调整或一系列调整，以使其尽可能准确地或无误差地运行。在视频的主题中，传感器校准是确保测量信号准确性的关键步骤，它直接影响到过程控制的精确性和工厂的安全运行。例如，通过使用精确的过程模拟器和电流表来校准传感器，以确保其测量误差在允许的范围内。

💡过程变量

过程变量是指在工业过程中需要被监测和控制的物理量，如流量、液位、压力和温度等。这些变量的准确测量对于确保过程控制系统能够正确调整阀门、泵和其他执行器至关重要，以维持这些量的适当值并保证安全运行。

💡误差

误差是指测量值与实际值之间的代数差异。在传感器测量中，误差可能由多种因素引起，如仪器的零点参考不准确、环境条件变化导致的量程偏移、机械磨损或损坏等。控制误差对于确保控制系统能够基于准确数据做出决策至关重要。

💡过程控制

过程控制是指通过使用各种控制策略和设备来维持工业过程中的变量在预定范围内的一系列操作。这包括使用传感器来监测关键变量，并根据这些数据调整执行器，如阀门和泵，以确保过程的稳定和安全运行。

💡执行器

执行器是指在控制系统中用于实现物理动作的设备，如阀门、泵和其他机械装置。它们根据控制系统的指令来调整过程变量，从而实现过程的自动化控制。

💡零点参考

零点参考是指传感器或仪器在没有输入信号时的输出值，它是测量准确性的基础。现代传感器和变送器是电子设备，其参考电压或信号可能会因温度、压力或环境条件的变化而随时间漂移。

💡量程偏移

量程偏移是指传感器的测量范围由于条件变化或过程操作范围变化而发生改变。例如，一个过程可能当前在0到200 PSI的范围内运行，但操作的变化可能要求它在0到500 PSI的范围内运行。

💡机械磨损

机械磨损是指传感器或设备由于长时间的使用而发生的物理损耗，这可能导致测量误差。通常，这种类型的误差需要修理或更换设备来解决。

💡过程效率

过程效率是指工业过程中资源使用的优化程度，包括能源、原材料和时间等。通过精确的过程控制和传感器校准，可以确保过程以最优化的方式运行，从而提高效率和安全性。

💡传感器校准程序

传感器校准程序是指工厂中为确保传感器准确性而定期执行的一系列校准活动。这些程序有助于维持传感器的性能，确保测量数据的准确性，从而支持有效的过程控制。

💡过程安全

过程安全是指在工业过程中采取的措施和程序，以防止事故的发生，保护人员和环境免受伤害。传感器校准对于确保控制系统能够基于准确数据做出正确的决策至关重要，从而保障过程的安全运行。

Highlights

工程师在设计现代工艺工厂时，会指定传感器来测量重要的工艺变量，如流量、液位、压力和温度。

这些测量用于帮助过程控制系统调整工厂中的阀门、泵和其他执行器，以维持这些量的适当值并确保安全运行。

工厂如何维持这些传感器的运行，以保证过程的实际值被感知并传递给控制系统？答案是“传感器校准”。

传感器校准是在一个传感器或仪器上执行的调整或一系列调整，以使仪器尽可能准确地或无误地运行。

误差是指示值与被测量变量的实际值之间的代数差。

传感器测量误差可能由多种因素引起，包括仪器可能没有正确的零点参考。

现代传感器和发射器是电子设备，参考电压或信号可能因温度、压力或环境条件的变化而随时间漂移。

传感器的量程可能因相同条件或工艺操作范围的变化而发生偏移。

传感器测量误差可能是由于机械磨损或损坏造成的，通常这种类型的误差需要修理或更换设备。

误差是不可取的，因为控制系统将没有准确的数据来做出控制决策，如调整控制阀的输出或设置给料泵的速度。

如果校准与准确的过程条件相差太远，过程安全可能会受到威胁。

作为工厂中的仪表或操作工程师，我需要每个仪表都有正确的校准。

适当的校准将产生准确的测量结果，这反过来又使得过程的良好控制成为可能。

大多数现代工艺工厂都有传感器校准程序，要求仪器定期校准。

为了最小化执行传感器校准所需的时间，首先对仪器进行“现状”检查。

如果当前仪器校准在设备的声明公差范围内，则不需要重新校准。

执行“现状”检查时，使用准确且精确的仪器来产生对应于发射器过程范围0%、25%、50%、75%和100%的过程信号。

这称为“5点”检查，然后为了检查滞后现象，记录对应于100%、75%、50%、25%和0%的输出信号。

在每个检查点的偏差被计算并与设备允许的最大偏差进行比较。

如果偏差大于允许的最大偏差，则执行全面校准。

如果偏差小于允许的最大偏差，则不需要传感器校准。

假设最大偏差公差为0.5%，使用校准图表中的数据，我们可以看到偏差都小于允许的最大偏差0.5%。

假设最大偏差公差为0.20%，使用校准图表中的数据，我们可以看到一些偏差大于允许的最大偏差0.20%。

为了校准，我们需要一个非常准确的工艺模拟器，例如压力供应，连接到发射器的过程侧。

校准后，再次绘制误差图。最大偏差已从0.38%降低到0.18%，远低于0.20%的公差。

在这个视频中，你了解了传感器校准的重要性，校准是使仪器尽可能准确或无误运行的调整或一系列调整。

适当的传感器校准将产生准确的测量结果，这反过来又使得过程的良好控制成为可能。

当实现良好控制时，过程就有最佳的机会高效且安全地运行。