一體化溫度變送器不同方法校準的影響因素

摘要:測量不確定度是與測量結果關聯的1個參數,用于表征合理賦予被測量值的分散性，正確理解、評定和表述測量不確定度十分重要。依據JJF1183-2007《溫度變送器校準規范》和JJG229-2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》,對可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號)進行不同方式校準(單獨校準和整體校準),并對其校準結果進行不確定度影響因素分析。
1概述
　　溫度在測試中極其重要,一體化溫度變送器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表,溫度變送器分為帶傳感器和不帶傳感器2種。現在各試驗測試中的采集系統控制系統均以電流、電壓信號為主。在實際測試工作中,為了采集更加方便、準確,需配置與之前端傳感器相應分度號和量程的變送器來進行信號的變送輸出。目前由傳感器與變送器配套組合而成使用的相對較多,現階段校準均對其傳感器和變送器單獨進行校準,從校準數據來看,有些傳感器送器偏差較大,用戶在配套使用時會存在誤差疊加或抵消現象。對可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號)進行不同方式校準(單獨校準和整體校準),并對其校準結果進行不確定度影響因素分析,從而得出最佳的校準方法。
1.1校準對象、條件
　　在環境溫度:(20±5)℃,相對濕度:45%~75%，周圍除地磁場外。以902820/11型鉑電阻測量-50℃~100℃、707031型溫度變送器測量-50℃~100℃輸出4~20mA,以校準100℃對應輸出20mA為例,以不同方式進行校準,對其測量結果進行不確定度影響因素分析。
1.2校準方法
1)單獨校準:檢定鉑電阻時,將被檢鉑電阻與標準鉑電阻.一同放人恒溫槽中,讀取各自輸出的電阻值;校準溫度變送器時,將模擬的標準鉑電阻信號輸人至變送器,通過變送輸出，用標準信號源測量其變送輸出電流值。
2)整體校準:將被檢鉑電阻輸出信號線連接至變送器上，與標準鉑電阻一同放人恒溫槽中,讀取標準鉑電阻的電阻值,變送器的變送輸出電流值。
1.3測量標準
1)WZPB-9型二等標準鉑電阻溫度計:(dR/dt)₁₀₀=0.37928Q/℃、復現性±5mK、周期穩定性±10mK。
2)1560型堆棧式測溫儀:標準電阻測量±(0.002%RDG.+0.0005Ω)、被檢電阻測量±(0.004%RDG+0.0010)。
3)Microcal200型多功能校驗儀:電流測量±(0.02%RDG+0.4μA)、Pt100輸出±(0.02%RDG+0.05%℃)。
4)7321型恒溫槽:均勻性≤0.01℃、溫度波動≤±O.02℃/10min。
1.4測量數據
　　標準電阻平均值為35.352Ω、被檢電阻平均值為138.2610Ω、單獨校準方法測量電流值平均值為20.003mA、整體校準方法測量電流值平均值為19.936mA。
2數學模型
　　單獨校準和整體校準測量模型詳見JJF1183-2007《溫度變送器校準規范》和JJG229-2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》。
3影響因素分析
3.1單獨校準
3.1.1鉑電阻檢定影響因素的不確定度分析
　　凡由重復性誤差引人分量的都采用A類評定方法進行評定，其他分量引，人的都采用B類評定方法進行評定,按均勻分布考慮,包含因子k=√3(以下全同)。
1)輸人量△th引人的標準不確定度分量u(△th)。輸人量u(△th)引人的標準不確定度分量主要來源于被檢鉑電阻重復性誤差、恒溫槽插孔之間的溫差、電測設備和電測設備自熱效應引人的誤差。各分量為:被檢鉑電阻重復性誤差約為0.003℃,恒溫槽插孔之間的溫差約為0.012℃,電測設備約為0.009℃,電測設備自熱約為0.002℃。由于各分量彼此相互獨立,因此u(△th)引人的不確定度分量約為0.015℃。
2)輸人量u(△t*h)引人的標準不確定度分量u(△t*h)。輸人量u(△t*h)引人的標準不確定度分量主要來源于標準鉑電阻復現性、標準鉑電阻周期穩定性、自熱效應和電測設備。各分量為:標準鉑電阻復現性約為0.003℃，標準鉑電阻周期穩定性約為0.006℃,恒溫槽自熱效應約為0℃(100℃時其處于較高溫度，自熱影響可以忽略不計),電測設備約為0.002%℃。由于各分量彼此相互獨立,因此u(△t*h)引人的不確定度分量約為0.007℃。
3)合成標準不確定度。輸入量△th和△t*h相互之間彼此獨立，可得合成標準不確定度約為0.017℃。
　　從上述分量可看出鉑電阻檢定主要誤差來源于恒溫槽插孔之間的溫差。
3.1.2溫度變送器校準影響因素的不確定度分析
1)輸人量Ad引人的標準不確定度分量u(Ad)。輸人量u(Ad)引入的標準不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為:電流測量重復性約為0.0003mA,溫度校驗儀測量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨立,因此u(A.)引人的不確定度分量約為0.0025mA。
2)輸入量ts引人的標準不確定度分量u(ts)。輸人量引人的標準不確定度分量主要來源于溫度校驗儀輸出誤差和專用連接導線誤差。各分量為:溫度校驗儀輸出誤差約為0.04℃,專用連接導線約為0.043℃。由于各分量彼此相互獨立,因此u(ts)引人的不確定度分量約為0.06℃。
3)合成標準不確定度。輸人量Ad和ts相互之間彼此獨立，可得合成標準不確定度約為0.0069mA。
從上述各分量可看出變送器校準主要誤差來源于連接導線。
　　根據上述單獨校準不確定度分析可知:鉑電阻合成標準不確定度為0.017℃，溫度變送器合成標準不確定度為0.0069mA約為0.065℃,用△At=實表示單獨校準的合成誤差，則:△At=實≈0.067℃。.
3.2整體校準
1)輸入量u(`Ad)引人的標準不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為:電流測量重復性約為0.0003mA,溫度校驗儀測量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨立,因此u(`Ad)引人的不確定度分量約為0.0025mA。
2)輸人量`t引人的標準不確定度分量主要來源于恒溫槽插孔之間的溫差、標準鉑電阻復現性、標準鉑電阻周期穩定性、電測設備、電測設備自熱、恒溫槽自熱效應和專用連接導線。各分量為:恒溫槽插孔之間約為0.012℃,標準鉑電阻復現性約為0.003℃,標準鉑電阻周期穩定性約為0.006℃,電測設備約為0.002℃,恒溫槽自熱效應約為0℃,電測設備自熱約為0.002℃,專用連接導線約為0℃(被檢輸出信號線直接連接至輸入信號端鈕上,故不存在連接導線誤差)。由于各分量彼此相互獨立,因此u(`t)引人的不確定度分量約為0.024℃。
3)輸人量`A.和`t相互之間彼此獨立,可得合成標準不確定度分量約為0.0036mA。
　　從上述分量可看出一體化變送器校準主要誤差來源于恒溫槽插孔之間的溫差。根據上述整體校準不確定度分析可知:.整體合成標準不確定度為0.0036mA,約為0.034℃,用△At=實表示整體校準的合成誤差,則:△At=實=uc(△At)≈0.034℃。
　　根據對2種校準方式的不確定度分析,從校準結果可看出整體校準方式的結果略優于單獨校準結果,但兩者的校準結果均滿足其精度等級。
4結語
1)通過對其校準結果影響因素進行不確定度分析和評定可看出其2種校準方式均可行。
2)從時間成本、計算復雜程度、油槽溫度限制(油槽最高溫度300℃)等方面考慮,可優先選擇單獨校準方式。
3)如測量結果介于兩相鄰精度等級之間,則應采取整體校準方法進行驗證。
4)通過實驗驗證比較,在校準過程中使用的連接導線應盡量使用同一根銅導線(不超過1m)截取成3、4段進行連接,減小其帶來的誤差。