一體化溫度變送器不同方法校準(zhǔn)的影響因素

摘要:測量不確定度是與測量結(jié)果關(guān)聯(lián)的1個參數(shù),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(jù)JJF1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》,對可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號)進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單獨校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)),并對其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。
1概述
　　溫度在測試中極其重要,溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)在各試驗測試中的采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)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(zhǔn)確,需配置與之前端傳感器相應(yīng)分度號和量程的變送器來進(jìn)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(xiàn)階段校準(zhǔn)均對其傳感器和變送器單獨進(jìn)行校準(zhǔn),從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)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(xiàn)象。對可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號)進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單獨校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)),并對其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析，從而得出最佳的校準(zhǔn)方法。
1.1校準(zhǔn)對象、條件
　　在環(huán)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(zhǔn)100℃對應(yīng)輸出20mA為例,以不同方式進(jìn)行校準(zhǔn),對其測量結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。.
1.2校準(zhǔn)方法
1)單獨校準(zhǔn):檢定鉑電阻時,將被檢鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放人恒溫槽中,讀取各自輸出的電阻值;校準(zhǔn)溫度變送器時,將模擬的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻信號輸人至變送器,通過變送輸出,用標(biāo)準(zhǔn)信號源測量其變送輸出電流值。
2)整體校準(zhǔn):將被檢鉑電阻輸出信號線連接至變送器上，與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放入恒溫槽中,讀取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電阻值,變送器的變送輸出電流值。
1.3測量標(biāo)準(zhǔn)
1)WZPB-9型二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計:(dR/dt)1000.37928Ω/9℃、復(fù)現(xiàn)性±5mK、周期穩(wěn)定性±10mK。
2)1560型堆棧式測溫儀:標(biāo)準(zhǔn)電阻測量±(0.002%RDG.+0.0005Ω)、被檢電阻測量±(0.004%RDG+0.001Ω)。
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≤±0.02℃/10min。
1.4測量數(shù)據(jù)
　　標(biāo)準(zhǔn)電阻平均值為35.3520、被檢電阻平均值為138.2610Ω、單獨校準(zhǔn)方法測量電流值平均值為20.003mA、整體校準(zhǔn)方法測量電流值平均值為19.936mA。
2數(shù)學(xué)模型
　　單獨校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)測量模型詳見JJF1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》。
3影響因素分析
3.1單獨校準(zhǔn)
3.1.1鉑電阻檢定影響因素的不確定度分析
　　凡由重復(fù)性誤差引人分量的都采用A類評定方法進(jìn)行評定,其他分量引入的都采用B類評定方法進(jìn)行評定,按均勻分布考慮,包含因子k=√3(以下全同)。
1)輸入量△th引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(△th)。輸人量u(△th)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來源于被檢鉑電阻重復(fù)性誤差、恒溫槽插孔之間的溫差、電測設(shè)備和電測設(shè)備自熱效應(yīng)引人的誤差。各分量為:被檢鉑電阻重復(fù)性誤差約為0.0039C,恒溫槽插孔之間的溫差約為0.012℃,電測設(shè)備約為0.009℃,電測設(shè)備自熱約為0.002℃。由于各分量彼此相互獨立,因此u(△th)引入的不確定度分量約為0.015℃。
2)輸入量u(△t*h)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(△t*h)。輸入量u(△i,)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來源于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、自熱效應(yīng)和電測設(shè)備。各分量為:標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0.003℃，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0.006℃,恒溫槽自熱效應(yīng)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(shè)備約為0.002C。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(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸人量△th和△t*h相互之間彼此獨立，可得合成標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)影響因素的不確定度分析
1)輸入量Ad引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Ad)。輸人量u(Ad)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復(fù)性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為:電流測量重復(fù)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)輸入量ts引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(ts)。輸人量引人的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸人量Ad和ts相互之間彼此獨立,可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為0.0069mA。
　　從上述各分量可看出變送器校準(zhǔn)主要誤差來源于連接
導(dǎo)線。.
　　根據(jù)上述單獨校準(zhǔn)不確定度分析可知:鉑電阻合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.017℃，溫度變送器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0069mA約為0.065℃,用△At=實表示單獨校準(zhǔn)的合成誤差，則:△At=實≈0.067℃。
3.2整體校準(zhǔn)
1)輸人量u(`Ad)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復(fù)性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為:電流測量重復(fù)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`i引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來源于恒溫槽插孔之間的溫差、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、電測設(shè)備、電測設(shè)備自熱、恒溫槽自熱效應(yīng)和專用連接導(dǎo)線。各分量為:恒溫槽插孔之間約為0.012℃,標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0.003℃,標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0.006℃,電測設(shè)備:約為0.002℃,恒溫槽自熱效應(yīng)約為0℃,電測設(shè)備自熱約為0.002℃,專用連接導(dǎo)線約為0℃(被檢輸出信號線直接連接至輸人信號端鈕上,故不存在連接導(dǎo)線誤差)。由于各分量彼此相互獨立，因此u(t)引入的不確定度分量約為0.024℃。
3)輸人量`Ad和`t相互之間彼此獨立,可得合成標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)主要誤差來源于恒溫槽插孔之間的溫差。根據(jù)上述整體校準(zhǔn)不確定度分析可知:整體合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0036mA,約為0.034℃,用△At=實表示整體校準(zhǔn)的合成誤差，則:△At=實=uc(△At)≈0.034℃。
　　根據(jù)對2種校準(zhǔn)方式的不確定度分析,從校準(zhǔn)結(jié)果可看出整體校準(zhǔn)方式的結(jié)果略優(yōu)于單獨校準(zhǔn)結(jié)果,但兩者的校準(zhǔn)結(jié)果均滿足其精度等級。
4結(jié)語
1)通過對其校準(zhǔn)結(jié)果影響因素進(jìn)行不確定度分析和評定可看出其2種校準(zhǔn)方式均可行。
2)從時間成本、計算復(fù)雜程度、油槽溫度限制(油槽最高.溫度300℃)等方面考慮,可優(yōu)先選擇單獨校準(zhǔn)方式。
3)如測量結(jié)果介于兩相鄰精度等級之間,則應(yīng)采取整體校準(zhǔn)方法進(jìn)行驗證。
4)通過實驗驗證比較,在校準(zhǔn)過程中使用的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量使用同一根銅導(dǎo)線(不超過1m)截取成3、4段進(jìn)行連接,減小其帶來的誤差。