防爆地下水位自动监测设备校准
1适用范围
本文件适用于安装在爆炸性危险场所、以压力传感（投入式）为主要测量方式、具备自动采集与远传功能的地下水位监测设备的校准。其他测量原理（浮子式、超声波式、气泡式）的同类设备，其量值溯源部分可参照执行。内容包括校准条件、计量特性、校准项目与方法、数据处理、校准结果表达、复校时间间隔及防爆安全要求。
本文件为通用性内容。设备技术指标、允许误差限值与具体校准项目，应以设备技术文件、产品标准及现行有效的计量校准规范为准。
2规范性引用文件
GB/T11828.2—2022《水位测量仪器第2部分：压力式水位计》
SL/T198—1997《地下水位计》
JJG882《压力变送器检定规程》
JJG971《液位计检定规程》
JJG875《数字压力计检定规程》
JJF1001《通用计量术语及定义》
JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》
JJF1071《国家计量校准规范编写规则》
GB3836.1《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》
GB3836.2《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳"d"保护的设备》
GB3836.4《爆炸性环境第4部分：由本质安全型"i"保护的设备》
GB/T3836.16《爆炸性环境第16部分：电气装置的检查与维护》
AQ3009《危险场所电气防爆安全规范》
3概述
防爆地下水位自动监测设备通常由水位传感器（含导气电缆）、数据采集与传输单元、供电单元（电池组或外部本安电源）及防爆外壳构成。传感器投入监测井孔水面以下，感知水体静压力，按水柱高度与水体密度、重力加速度的乘积关系换算为水柱高度，结合传感器安装高程与井口基准高程，输出水位埋深或水位高程值。采集单元将传感器输出信号（4mA~20mA、RS485、Modbus等）转换为数字量，经有线或无线通信方式上传至监测平台。
设备长期处于水下与井下环境，受敏感元件时漂与温漂、水体密度变化、电缆受力拉伸、安装高程变动、井孔淤积等因素影响，输出量值会产生偏差，须定期校准。
4计量特性
校准通常评定以下特性，指标限值取自设备技术文件或产品标准：
| 序号 | 计量特性 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 示值误差 | 各校准点正、反行程示值与标准水柱高度之差的最大值 |
| 2 | 回差（回程误差） | 同一校准点正、反行程示值之差的绝对值 |
| 3 | 重复性 | 同一校准点多次测量结果的标准偏差 |
| 4 | 分辨力 | 设备能够有效辨别的最小水位变化量 |
| 5 | 漂移 | 规定时间内示值的缓慢变化量 |
| 6 | 信号传输误差 | 传感器输出电流或数字量与换算水位值之间的偏差 |
| 7 | 绝缘电阻 | 芯线与外壳、芯线之间的绝缘性能 |
其中示值误差、回差与信号传输误差为主要校准项目。
5校准条件
5.1环境条件
温度：（20±5）℃，温度波动不大于2℃/h；
相对湿度：不大于85%；
校准场所无强电磁干扰、无明显振动；
校准前设备应在校准环境条件下放置不少于2h以达到热平衡，标准器与设备预热时间不少于15min；使用说明书另有规定的按其规定执行。
5.2测量标准及配套设备
| 设备名称 | 技术要求 | 用途 |
|---|---|---|
| 压力标准器（数字压力计/压力校验仪） | 准确度等级不低于0.05级，分辨力不低于0.001kPa，范围覆盖被校设备量程 | 提供标准压力 |
| 压力源（气压泵、压力控制器） | 稳定度满足校准要求，输出范围覆盖量程上限 | 压力发生 |
| 标准液位装置（校准井/水位检定装置） | 高度不小于被校量程，不确定度不大于被校设备允许误差的1/3 | 标准液位比对 |
| 钢直尺或液位测深仪 | 分度值不大于1mm | 测量实际水柱高度 |
| 数字多用表/过程校验仪 | 电流测量误差不大于被校设备允许误差的1/3 | 测量输出电流信号 |
| 绝缘电阻表 | 输出电压500V | 绝缘性能检查 |
| 温度计、密度计 | 温度最大允许误差±0.5℃ | 介质温度与水密度修正 |
| 塞尺、游标卡尺、力矩扳手 | 满足隔爆面参数测量要求 | 防爆结构检查 |
标准器的扩展不确定度应不大于被校设备允许误差绝对值的1/3。
6校准项目与方法
6.1外观与防爆结构检查
以目测与手动方式检查，记录检查结果：
铭牌与防爆标志（Ex标志、防爆型式、类别、级别、温度组别、防爆合格证编号）清晰完整，与安装区域划分相匹配，证书在有效期内；
外壳无裂纹、变形与严重腐蚀，紧固件齐全、无松动，弹簧垫圈压平；
隔爆接合面无划伤、锈蚀与漆层，间隙、有效长度与表面粗糙度符合GB3836.2的规定；
电缆引入装置的密封圈无老化、开裂，压紧螺母啮合扣数满足要求，未使用的进线口以符合防爆要求的堵头封堵；
保护接地连接可靠，接地标识完整；
本安回路的关联设备（安全栅）参数与被校设备本安参数（最高输入电压、最大输入电流、内部电容与电感，以及最高输出电压、最大输出电流、允许外部电容与电感）相互匹配，无非本安线缆混入本安回路。
6.2通电与功能检查
按使用说明书接通电源，检查设备自检、显示、存储、时钟、通信与报警功能是否正常，输出信号类型与量程设置是否与铭牌一致。
6.3示值误差校准
方法一：压力比对法（适用于拆卸后校准与现场原位校准）
按图连接压力标准器、压力源、被校传感器与采集单元，传压介质为清洁、干燥的气体；传感器按使用状态放置，感压面朝向与安装状态一致。
校准点应包含测量范围上、下限，且在整个量程内基本均匀分布，不少于6个点（含零点与满量程点）。
各校准点对应的标准压力，由该点的模拟水柱高度、校准环境温度条件下水的密度、校准地重力加速度三者相乘得到；水密度按实测介质温度查纯水密度表取值，重力加速度按校准地纬度取值。
自量程下限起，依次输入各校准点标准压力至上限，完成正行程；关闭导压管阀门并耐压1min后，反向依次输入各校准点压力至下限，完成反行程。各点压力稳定后记录设备示值。
输入压力时应缓慢接近校准点，避免过冲；校准过程中不得调整零点、不得敲击或振动传感器。
方法二：标准液位装置法（适用于实验室校准）
将传感器垂直固定于标准液位检定装置内，探头完全浸没，电缆无弯折受力。按量程均匀选取不少于5个校准点（一般含0%、25%、50%、75%、100%量程），由低至高缓慢注水，稳定后同步读取标准液位值与设备示值；达到满量程后由高至低逐点放水，完成反行程测量。
结果计算
示值误差为设备在某校准点正行程或反行程的示值与该点模拟水柱高度（或标准液位值）之差。取各校准点正、反行程误差中绝对值最大者作为示值误差结果，其末位与设备示值末位对齐。
6.4回差
同一校准点正、反行程示值之差的绝对值即为该点回差，取各点最大值作为回差结果。
6.5重复性
选取量程的50%附近作为实验点，在相同条件下重复测量不少于6次，按贝塞尔公式计算实验标准偏差，即以各次测得值与算术平均值之差的平方和除以测量次数减1，再开平方。
6.6分辨力
在零点附近与量程中部，以微小增量输入标准压力（或改变标准液位），记录设备能够产生可察觉示值变化的最小输入变化量。
6.7信号传输误差
对输出4mA~20mA信号的设备，在校准点同步测量输出电流值，按电流量程与水位量程的线性对应关系折算为水位值，即用水位量程乘以实测电流与4mA之差占16mA的比例，再加上下限水位值，所得结果与设备显示值或上位机接收值比较。
对数字量输出（RS485、Modbus等）的设备，将采集单元读数与传感器标准量值比较，计算传输误差。
6.8绝缘电阻与密封性
断开电源与信号回路后，用500V绝缘电阻表测量电源芯线与外壳、信号芯线与外壳之间的绝缘电阻，记录实测值。对传感器进行外观检查，确认感压膜片无变形、破损与附着物，电缆护套与接头密封完好。
6.9温度影响（可选项目）
客户要求时，将传感器置于恒温槽中，在设备使用温度范围的下限、常温、上限三个温度点分别进行示值误差校准，考察温度变化对示值的影响。
7校准项目一览表
| 序号 | 项目 | 类型 |
|---|---|---|
| 1 | 外观与防爆结构检查 | 必做 |
| 2 | 通电与功能检查 | 必做 |
| 3 | 示值误差 | 必做 |
| 4 | 回差 | 必做 |
| 5 | 重复性 | 必做 |
| 6 | 分辨力 | 选做 |
| 7 | 信号传输误差 | 必做 |
| 8 | 绝缘电阻与密封性 | 必做 |
| 9 | 温度影响 | 选做 |
| 10 | 漂移 | 选做 |
8测量不确定度
示值误差校准结果的不确定度来源主要包括：
压力标准器的准确度与分辨力引入的分量；
水密度取值（温度测量误差、密度表）引入的分量；
重力加速度取值引入的分量；
被校设备分辨力引入的分量；
测量重复性引入的分量。
各分量按JJF1059.1规定的方法评定并合成，取包含因子k=2，给出扩展不确定度。
9校准结果表达
校准结果以校准证书（或校准报告）形式给出，内容包括：标题、委托方与承检机构信息、被校设备名称/型号/编号/制造厂、防爆标志与防爆合格证编号、校准依据、校准地点与环境条件、测量标准器名称/型号/编号/溯源有效期、校准项目与结果、示值误差的扩展不确定度、校准日期与复校建议、校准人员与核验人员签字。
校准结论应说明被校设备的示值误差是否符合规定限值；不作合格判定时，应给出各校准点的实测误差及其不确定度。
10复校时间间隔
复校时间间隔由使用方根据设备使用频率、环境严酷程度、测量结果可信度要求及历次校准数据的变化趋势确定。建议间隔不超过12个月；处于潮湿、腐蚀性、高低温交变等严酷环境，或历次校准数据漂移较大的设备，应缩短间隔至6个月。设备经过维修、改造、更换传感器或电缆、遭遇水淹与撞击后，应立即重新校准。
11防爆安全要求
校准作业应在安全区进行。必须在爆炸危险场所内实施的，所用校准仪器、工具应符合该区域的防爆等级要求，或使用经防爆认证的本安型校准设备。
严禁在爆炸危险场所内带电打开隔爆外壳、拆卸紧固件或拔插本安回路接插件。拆装前须切断电源并悬挂警示标识。
使用无火花工具，作业人员应释放人体静电，不得穿戴易产生静电的服装。
打开的隔爆接合面不得碰撞、划伤，不得涂覆油漆与密封胶；复装时应保证隔爆间隙、紧固力矩与密封件状态符合要求，紧固件齐全并按规定力矩拧紧。
校准用临时线缆与非本安仪器不得接入本安回路；校准结束后应恢复原接线，核对本安参数匹配关系。
通电检查前应确认供电电压与极性、本安关联设备参数与安全栅接地状态正确。
校准完成后应恢复设备防爆结构、接地与电缆引入装置的密封状态，填写校准记录与防爆状态确认记录，由具备相应资质的人员签署。
12校准记录参考内容
| 记录项 | 内容 |
|---|---|
| 设备信息 | 名称、型号、出厂编号、制造厂、量程、防爆标志、防爆合格证号 |
| 标准器信息 | 名称、型号、编号、准确度等级、溯源证书号、有效期 |
| 环境条件 | 温度、相对湿度、介质温度、水密度、重力加速度 |
| 原始数据 | 各校准点标准压力/标准液位、正行程示值、反行程示值、输出电流 |
| 计算结果 | 示值误差、回差、重复性、扩展不确定度 |
| 检查记录 | 外观与防爆结构检查项、绝缘电阻 |
| 人员与日期 | 校准人、核验人、校准日期、建议复校日期 |
