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摘要：本文聚焦于热工仪表检定领域，调研了相关的技术进展，包括温度、压力、流量、湿度以及多物理参数集成的物理量检定技术进展，进一步聚焦国内外本领域的自动化智能化发展，介绍了各版块的典型研究工作和应用进展情况。最后，结合综述情况，给出了热工仪表检定的发展展望，指出了热工仪表检定发展应从技术、系统集成化、自动化多角度、系统性的规划和架构，以提升装置自动智能化为核心，助力计量检定效率升级。

关键词：热工仪表；计量检定；温度；压力；流量；湿度。

Abstract：This article focused on the development of metric calibration in thermodynamic instrument. The review on related theory and technology progress， including physical quantity verification technology for temperature， pressure， flow rate， humidity， and integration of multiple physical parameters. Furthermore， the progress of automation and intelligence was summarized and compared. Finally， based on the review， this work point out the future development direction. Further development in this area should focus on the automation and intelligent functions from all aspects， to enhance the efficiency of calibration.

Key words：Thermodynamic Instrument， Metric Calibration， Temperature， Pressure， Flow rate， Humidity

1 引言

热工仪表是用来进行热力参数测量和控制的仪表，包括热力参数（压力、温度、流量、液位等）测控仪表，以及用于热力参数测量的过程仪表。热工仪表校验系统则是用来对多类型、多型号热工仪表进行检定、校准的多功能专用系统，基于其本身的定位，往往具有一定的自动化功能。

目前的热工仪表检定系统，大多数以单物理量校准为目标单独建设，但近年的发展，有越来越多的检定机构采用多参数集成系统的方式进行建设，这有利于综合成本的降低以及综合效率的提升。

热工仪表计量检定领域总体在往自动方向发展，检定效率持续提升。自动控制物理量变化、自动记录及生成符合国家计量检定规程要求的检定记录及检定证书成为了极具吸引力的重要功能。结合计算机数据处理快及准确的优点，集成微机系统的智能化热工仪表检定装置，其应用大大降低了检定员的劳动强度，同时提升了数据处理的可靠性。

本文聚焦于热工仪表检定领域，调研了相关的技术进展，以及自动化发展，并进行了综合论述。

2 检定技术发展

2.1 温度检定技术发展

姜翰臣[1]等针对检定过程中，常用的两种温湿度表无法实时记录试验时的温湿度变化这个问题，设计了一种计量专用的温湿度监控系统，使用Micro：bit与DHT22传感器，实时采集试验室的温湿度数据，并实现监控与报警，通过实验验证其系统操作简单、误差精度高、便携性强，满足检定员现场试验的需要。谭晗凌[2]等以提高温度检定系统自动化水平为目标，设计了一套基于“云+端”理念的温度传感器检定系统，该系统由嵌入式无线检定模块终端、基于html5的移动终端和展示终端以及云端控制服务器和数据库组成，实现对温度传感器进行无人值守的批量化检定，并对检定数据进行集约化管理和展示。该系统实际运行并完成批量化检定工作，有效减轻了检定员的工作压力。韩志鑫等[3]针对新规程要求所使用配套设备技术指标变高的情况，通过理论计算，不确定度分析，实验验证，得出使用温度自动测量系统检定AA级工业热电阻所需要满足计量特性的技术指标，并且根据技术指标提出使用温度测量系统检定工业铂电阻时必须注意的事项。魏锦俊[4]针对热电偶检测过程中检测效率低下、操作复杂、检测质量无法保障等问题，开展了热电偶检定系统的研发工作，提出了利用计算机技术、自动控制技术和数字化技术相结合的新型热电偶自动检测模式，给出了多参数数据采集、数据修正、数据存储和报告判定的总体构架，进一步开发了热电偶自动检定系统，通过实际运行测试可以满足热电偶计量器具检测工作需求。

本版块温度检定领域内的研究工作，主要是对温度检定实际工作中的系列问题进行完善研究，另外，自动化和智能化也是温度检定体系内的主流发展方向，相关研究工作开展频繁，获得的进步也较多。

2.2 压力检定技术发展

压力检定板块的研究工作一直比较活跃，但是相关研究的主题相对较为传统，更多的研究工作分布在检定工作的完善、装置研究等细分领域。

雷莹等[5]通过对现有的自动气象站气压传感器计量检定业务所需的原始数据进行分析，研究实现一种气压传感器智能检定系统，完成对气压传感器检定的原始数据的采集、通讯参数的设置，可按照自动站气压传感器检定规程要求，自动生成原始记录文件，并本地存储，此外留有与数据库通信的接口，可实现与数据库数据交互，原始记录可上传至数据库。该项工作的研究和实现解决了现有气压传感器计量检定业务需求的同时提高了工作效率。董威[6]从压力表的工作原理及应用原则出发，对压力表检定内容以及压力表计量检定过程中常见的问题进行较为系统的介绍，并针对性提出解决对策，为压力仪表的精确运转提供思路借鉴。门平等[7]回顾了指针式压力表计量检定发展历程，阐述了压力表智能检定系统构成及其特点，跟踪了压力表智能检定国内外的研究进展，提出了压力表智能计量检定的基本架构，并结了压力表智能检定发展趋势和挑战。其工作对实现指针式压力表智能、高效、低成本计量检定具有一定的借鉴意义。

2.3 流量检定技术发展

温凯等[8]为了提升天然气流量计检定站场检定效率，基于BP神经网络算法，结合现场生产数据构建站场水力仿真模型和流量调节控制器，实现了流量计检定工艺的智能控制。该研究成果可以为天然气流量计检定智能化和应用落地提供有益的参考。刘旭[9]通过对水流量检定装置的工作原理进行分析研究，并结合实际流量检定范围，设计了流量检定装置结构，为了实现控制系统对超声波水表的自动化检定，详细分析设计了流量检定控制算法，包括整体控制算法以及分别使用标准表法与动态质量法的控制算法，进一步设计了整套系统的完整数据表，并对管理系统与控制系统分别进行详细设计。通过测试数据表明，对满足企业的生产需要具有实用价值。郑宏伟等[10]针对天然气检定过程流量精确调节及质量精密管控的实际问题，研发了一套适用于多气源工况条件的中高压天然气计量智能检定系统，将多系统数据与指令融合互联、实时交互，实现了检定设备的全智能控制。并进一步从在线检定校准技术、计量技术智能化升级、计量科技产业化平台三方面对天然气计量检定智能化技术进行了展望。谢飞[11]研究了现场气体流量标准装置，设计了定点修正线性插值和最小二乘法构建流量-仪表系数函数关系式两种参数修正方案，确保了标准流量计组在全量程范围内的测量精度。装置被检表采集模块实现了对多种流量计的流量信息采集，利用CFD技术对不同管道布置方案进行了数值仿真，并将检定规程置入检定软件系统，可根据选定被检流量计类型，实现一键化智能检定，测试显示出较好的效果。

类似于温度检定领域内，本版块内的研究工作，自动化和智能化是主流发展方向之一，相关研究工作开展频繁，获得的进步也较多。

2.4 湿度检定技术发展

湿度检定板块相对前述的三个物理量检定板块，工作量显著少很多，相关工作集中于传统检定工作体系化完善、新装置研制、不确定度评估等领域，这种研究发展趋势本身与湿度检定的自动化实现困难有一定关系，另外，湿度检定工作频次偏低也从需求的角度限制了板块发展。

刘云超等[12]研究了湿度传感器在温湿度检定箱中的校准方法，与在湿度发生器中校准的修正值进行比较并评价，并分析了湿度传感器在温湿度检定箱中校准的可行性。刘美琦[13]以计量检定中使用的湿度源为研究对象，针对旧湿度源存在的控不准、控不稳等问题，以提升湿度源性能为目的，研究了一种改进湿度源设备。其工作重点研究湿度源内部湿度的控制算法，利用双温法的基本原理和饱和水汽压方程，提出以饱和气体露点温度控制为核心的湿度控制算法，使用多路湿度测量装置对湿度源的性能指标进行校准，结果表明改造后的湿度源符合计量检定工作要求。吴丽娜等[14]为了提高湿度传感器检定数据的准确性，选用自动气象站业务中广泛使用的温湿一体化传感器，分析讨论了符合实际检定条件的湿度传感器稳定时间和测量次数，对自动气象站湿度传感器的检定过程具有一定的参考意义。

2.5 过程信号校验

热工仪表校验仪，相对于本文主题的校验系统，是一个相对狭义的定义，专指热工仪表领域内校准二次仪表的标准仪器，是具有电信号输出和测量功能的综合仪表。二次仪表是主要用来接收处理压力、温度、流量、液位或者物位传感器信号的现场仪表。因为热工仪表校验仪只是对电信号的处理，所以热工仪表校验仪同温度校验仪和压力校验仪比较技术更简单，目前国内有上百家企业生产热工仪表校验仪，国外进入中国市场的热工仪表校验仪生产企业也有数十家。热工仪表校验仪领域出现诸多总线仪表的解决方案，整体向小型化、自动化及信息化方向发展；工作站级的校验台更加注重灵活的模块化式的全面解决方案；校验仪配套应用软件在领域内扮演的角色愈发重要。

孙燕平[15]针对热工仪表检定中有效数字的运算开展了专项分析研究。有效数字的运算在一定程度上增加了工作的难度，通过分析有效位数的确定，介绍数字运算规则，数值修约规则和术语，明确修约位数表达形式、进舍规则、0.5单位修约方法等内容给出有效数字的运算参考。朱心丽[16]专门针对热工仪表的现场校准展开了分析论述，其研究对象重点集中于过程信号仪表，分析了传统的热工仪表的校验方法，以及实施过程中的诸多问题和弊端，并进一步分析了新型的热工仪表现场校准方法，指出新型校准器还具有输出、测量信号准确度高等优势功能，对现场热工仪表校准工作的效率提升具有重要的实际意义。

从国内外市场对比来看，热工仪表校验仪产品传统上是由国外品牌主导，国内有诸多厂家在领域内推出了多种型号的产品，但大都集中于中低端产品，卖点也主要是价格低廉，服务响应快捷。近年，国内市场出现了一些积极的变化，以康斯特仪表为代表的国内厂商，通过向市场推出ConST326[17]系列智能过程校验仪产品定位于高端领域，其内置文档化测试任务特性，集全功能HART手操器、测量表、信号源、回路电源、压力指示仪、数据记录仪、真有效值万用表、热工计算器等功能于一体。仅需一台设备，即可完成现场校准、排障和维护保养等工作，有效提升现场工作效率。该产品的推出打破了国外品牌对高端过程校验仪的市场垄断，向该领域的国内市场释放了积极信号。

2.6 热工仪表集成检定系统

以航空测试、发电厂应用为典型的场景中，因存在对热工仪表的大量需求，催生出热工仪表集成检定系统的需求，它以系统化的集成解决方案，同时满足多类型热工仪表的检定需求。集成系统式解决方案具有诸多优点，包括共用二次设备带来的成本节约，集成化带来的效率提升等，该领域获得了显著进展。

Ladino等[18]针对小型无人驾驶飞机系统（UAS）领域的需求，开发一种集成的微型压力-温度-湿度探头，以及配套的校验系统，并配套开发了一个自动化程序，实现了大量温度和相对湿度设定点进行综合校准和验证。测试显示，在校准之前，单个传感探头之间的测量值存在显着差异；校准后，所有探头之间没有观察到显著的测量值的差异。在该领域的应用，集成压力、温度和相对湿度校准的体系，提高了UAS飞行参数量化评估的数据可靠性及评估能力。

张维[19]研究了气象计量检定综合系统，由于气象计量关注的参数量集中于气压、温度、湿度、风速，因此该系统实质是热工集成系统的具体行业应用。该工作结合实际情况需要，提出了建立计量检定综合系统可行性方案。对系统软件的结构进行详细规划，并对硬件中涉及到气压、温度、湿度、风速模块中的标准器的功能特点、原理、工作流程、结构配置进行详细的介绍，并从气象通信网络、信息传输种类、质量管理、质量控制技术、数据采集质量控制、运行控制及行业规范等方面进行阐述如何进行数据传输和质量控制，最后对系统进行总结并对未来的计量检定技术进行了展望。

3 自动化智能化发展

3.1 国外进展情况

调研发现，国外并无与中文“热工仪表”严格对应的定义词，因此相关工作往往不是以“集成系统”的方式展现，但是国际上也有诸多“热工仪表”检定自动化领域的工作。

Bojkovski等[20]以实现计量性能的最大质量为目标，讨论了精密校准实验室的自动化，除了测量设备的自动化以便于操作、通信和数据处理之外，还重点研究了操作的可靠性、灵活性和实现给定测量设备最小不确定度的可能性，并进一步讨论了高精度温度校准实验室自动化的几项软件设计指南。Kobata等[21]开发了一种用于传播压力标准的远程校准技术。在远程校准中，将传输标准从校准实验室运送到使用校准项目的客户现场。使用传输标准和互联网，校准项目可在现场进行校准。该研究新开发了不同压力范围的综合传输标准，每个传输标准包括一个压力控制器、两个或三个精密压力传感器、环境测量装置和一个装在一个盒子里的倾角计。为了证明远程校准的有效性，在区域内及国际范围均进行了演示实验。这项工作对远程校准的校准协议和新开发的传输标准的功能进行了描述，还显示了实验结果，对行业的发展具有指导意义。Možek等[22]研究了一种用于智能传感器的数字控制闭环校准系统，该系统能够自我学习，通过闭环设计能够分析传感器特性并优化校准程序。匹配开发了专用软件，控制获取的数据和校准程序，产生的统计数据为故障分析提供闭环反馈变量。该校准系统通过获取校准点、计算传感器多项式系数并将计算的数据存储在传感器存储器中实现压力传感器的数字温度补偿，模块化方法带来了显著的校准时间减少，并实现高质量校准。

3.2 国内进展情况

李克伟[23]和钱懿华[24]分别专门针对热工仪器仪表计量检定及自动化的发展进行了研究，指出现阶段信息技术不断发展的大背景之下，标准热工仪器仪表计量检定的相关软硬件都呈现出不同程度的进步，但在实际应用过程中还存在着数据标准不统一、工作环境复杂、热工仪器仪表设备种类较多的情况，这些是热工仪器仪表计量检定设备的自动化发展的几项障碍。基于此，论文作者指出，需要以实用性为目的进行自动化技术的应用，在实践的过程中不断对自动化设计进行优化，使其符合我国现阶段计量检定工作开展的具体需求。

李文军等[25]早在1999年就介绍了一个数据库及应用程序的设计与实现，所提出的数据库及应用程序是热工仪表现场校正维护管理系统的核心组成部分。其开放式环境，可实现与多种多功能校验仪专属软件的连接，从而达到使企业热工仪表的计量检定工作实现全面计算机化的目的。李继华[26]研究了热工计量自动检定技术的应用，阐述了工业高新技术的应用促进了工业产业的进步，助力热工计量领域的智能化、自动化。自动化相关技术的不断更新和改革，不仅可以完善这项技术，也提高了工业的整体发展水平，应进一步发展热工计量检定技术的自动化、智能化技术，提高检测设备质量，保证系统的实时性和稳定性，提高互操作性和开放性，以得到更好的发展。徐志花等[27]探讨了热工仪表自动检定装置的应用与实践，分别阐述了热工仪表的自动检定概念与工作原理，分析了领域内自动检定的优势，指出了提升检定精确度、检定可靠性和检定效率的要点，并给出了发展方向的建议。李娜[28]则立足于电力行业对热工仪表的实际应用和未来需求，对热工电测仪表自动检定技术及实践进行了分析，在对电测（热工）仪表检定技术的依据进行分析基础上，结合实际情况，对检定过程中应进行注意的诸多问题，以及自动检定实现等进行分析论述，其文中给出了基于EXCEL的电测（热工）仪表的自动检定方法及关键内容阐述，具有很好的行业指导意义。

综合国内本领域的整体进展，热工仪器仪表检定的自动化智能化发展始终是重中之重，相关工作的开展在推动检定工作自动化方面发挥了积极作用。

4 发展展望

本文针对热工仪表检定，及热工领域分项物理量检定领域的发展进行了调研，分析整理了相关技术进展情况，以及领域自动化智能化进展，进行综合论述，对热工仪表检定发展展望如下：

1.技术层面，在本领域发展最为活跃，大量学者在温度、压力、流量、湿度领域做了诸多工作，为后续的检定水平和提升检定效率，提供了大量可参考的样本。但同时要意识到，板块内系统性总结工作较少见，不利于形成行业理论共识，需要更多的系统性研究论文进行支撑。

2.自动化、智能化是热工仪表检定板块发展的核心主题，契合大环境的发展方向，近年国内外具有大量工作集中于此方向，而具有显著创新并实现广泛应用的工作则较为少见。可以预见，具有最检定准确度指标，最高自动智能化水平的装置及技术，将在热工仪表检定领域内，承载助力制造业效率升级的重要责任。

3.热工仪表检定领域的其它发展，主要在于持续解决几个行业工作痛点：①提升检定工作的指标（准确度、控制不确定度）；②多物理参数的集成系统发展降低成本；③提升自动化智能化水平，降低检定员的劳动强度，提升效率。

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