鉑電阻式溫度變送器測量不確定度的評定

摘要:熱電阻是科研、工業(yè)生產(chǎn)中常用的測溫元件,盡管結(jié)構(gòu)簡單,使用中仍然會(huì)產(chǎn)生較大測量誤差.對鉑電阻式溫度變送器測溫精度進(jìn)行分析,掌握誤差產(chǎn)生的原因，通過數(shù)學(xué)建模對測量不確定度進(jìn)行估算，從而正確把握引起測溫誤差的主要因素.同時(shí)對熱電阻測溫元件特性的分析,采取相應(yīng)的措施,來避免和減小一些誤差,這對提高熱電阻變送器測溫精度,保證生產(chǎn)質(zhì)量,延長使用壽命有一定的幫助.
生產(chǎn)與自動(dòng)控制過程中有一個(gè)非常重要的熱工參數(shù)一溫度.由于它在測量過程中存在滯后性,因此難以正確測量,并且對于生產(chǎn)要求比較高的場合,測:溫精度的高低將直接影響著生產(chǎn)質(zhì)量的高低.通過對影響溫度變送器測量因素的分析,以此來確定其測量不確定度,這對提高其測溫精度很有幫助意義.
1溫度變送器的工作原理
      變送器在結(jié)構(gòu)上分為測量部分和放大部分,如圖1所示.

      其工作原理是檢測元件(熱電偶、熱電阻)把被測溫度(非電量)轉(zhuǎn)換為變送器的輸入信號(hào)(電阻或.電勢),經(jīng)輸入回路變換成直流亳伏信號(hào),再經(jīng)過放大器、反饋電路等轉(zhuǎn)換成為4~20mA直流標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)".
2校驗(yàn)系統(tǒng)的組成和要求
2.1校驗(yàn)系統(tǒng)的組成
      帶電阻式傳感器的溫度變送器校驗(yàn)系統(tǒng)是由恒溫油槽(0℃~300℃)、工業(yè)鉑電阻(Pt100)、溫度變送器、Const273儀表、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻等組成4.
2.2校驗(yàn)系統(tǒng)的要求
(1)計(jì)量特性.帶傳感器的變送器允許誤差由兩部分組成:熱電阻的允差和信號(hào)轉(zhuǎn)換器允差,是兩者絕對值之和;對于絕緣電阻,輸入輸出端子短接與外殼之間不小于20M0,輸入和輸出端子之間不小于20MQ;電源端子與外殼之間不小于50MQ0,輸入輸出端子短接與電源之間不小于20M0B.
(2)校準(zhǔn)條件.環(huán)境溫度159C~35%C;相對濕度<85%RH;交流供電的變送器,其電壓變化不超過額定值的+1%.
(3)校準(zhǔn)項(xiàng)目.測量誤差、絕緣電阻的測量.
2.3校準(zhǔn)方法
(1)帶傳感器的變送器將傳感器插入溫度源(恒溫槽或熱電檢定爐)中,并盡可能靠近標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì).變送器校準(zhǔn)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的連接如圖2.
(2)預(yù)熱時(shí)間應(yīng)按照供應(yīng)商產(chǎn)品說明手冊中規(guī)定進(jìn)行,一般為15min.
(3)帶傳感器的變送器可以在斷開傳感器的情況下對信號(hào)轉(zhuǎn)換器單獨(dú)進(jìn)行.上述調(diào)整.

3影響熱電阻校驗(yàn)測量不確定度的因素
(1)根據(jù)要求,校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)器,應(yīng)采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),由于標(biāo)準(zhǔn)器存在復(fù)現(xiàn)性、穩(wěn)定性以及自熱等影響,會(huì)對測量精度產(chǎn)生影響4.
(2)在校驗(yàn)過程中,應(yīng)根據(jù)測試要求對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行三次循環(huán)測量,這必然會(huì)帶來重復(fù)性誤差,其影響程度還取決于電測儀表的精度.
(3)測試過程中,電測設(shè)備本身的測量精度對測量結(jié)果的影響,采用不同分辯率的儀表對測量結(jié)果的影響也不同.
(4)油槽為溫度變送器校驗(yàn)系統(tǒng)提供不恒定溫場,其性能的優(yōu)劣直接決定自動(dòng)檢測系統(tǒng)的測量不確定度.
(5)熱電阻在檢測過程中必然產(chǎn)生自熱現(xiàn)象,這與它的工作原理有關(guān).而自熱產(chǎn)生的溫度變化也是不確定度的一個(gè)因素之一.
4.實(shí)例分析
      依據(jù)《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》(JJF1183-2007)對溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn).校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì).
4.1數(shù)學(xué)模型與靈敏系數(shù)

4.2測量結(jié)果的不確定度評定
4.2.1輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I.)的評定
4.2.1.1輸出電流重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度u(La)
     選取量程0~300℃、精度0.2級的鉑電阻溫度變送器在100℃進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)如表1所示.
     校準(zhǔn)方法采取在同一恒溫油槽進(jìn)行比較,測量數(shù)據(jù)采取極差法進(jìn)行評定可.


4.4擴(kuò)展不確定度的評定
       依據(jù)《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》(JJF1183-2007),對溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn),一般k=2,則
Uk_z=ku.(AI)=2x0.0106=0.02(mA).
5結(jié)論
       通過實(shí)例分析，使用二等鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置對溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，如果使用的電測儀表為Const273(分辨力為0.1μA),對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，可以得到影響測量不確定度的主要因素來自重復(fù)性誤差和電測儀表的精度.并且依據(jù)《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》(JJF1183-2007),對0.2級溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn),其允差為+0.032mA,符合規(guī)程要求.