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,盡管結構簡(jiǎn)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(guò)數學(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,采取相應的措施,來(lái)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(cháng)使用壽命有一定的幫助.
生產(chǎn)與自動(dòng)控制過(guò)程中有一個(gè)非常重要的熱工參數一溫度.由于它在測量過(guò)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(chǎng)合,測:溫精度的高低將直接影響著(zhù)生產(chǎn)質(zhì)量的高低.通過(guò)對影響溫度變送器測量因素的分析,以此來(lái)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
      變送器在結構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)轉換為變送器的輸入信號(電阻或.電勢),經(jīng)輸入回路變換成直流亳伏信號,再經(jīng)過(guò)放大器、反饋電路等轉換成為4~20mA直流標準電信號".
2校驗系統的組成和要求
2.1校驗系統的組成
      帶電阻式傳感器的溫度變送器校驗系統是由恒溫油槽(0℃~300℃)、工業(yè)鉑電阻(Pt100)、溫度變送器、Const273儀表、二等標準鉑電阻等組成4.
2.2校驗系統的要求
(1)計量特性.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轉換器允差,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(guò)額定值的+1%.
(3)校準項目.測量誤差、絕緣電阻的測量.
2.3校準方法
(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,并盡可能靠近標準溫度計.變送器校準時(shí)與標準器及配套設備的連接如圖2.
(2)預熱時(shí)間應按照供應商產(chǎn)品說(shuō)明手冊中規定進(jìn)行,一般為15min.
(3)帶傳感器的變送器可以在斷開(kāi)傳感器的情況下對信號轉換器單獨進(jìn)行.上述調整.

3影響熱電阻校驗測量不確定度的因素
(1)根據要求,校準使用的標準器,應采用二等標準鉑電阻溫度計,由于標準器存在復現性、穩定性以及自熱等影響,會(huì )對測量精度產(chǎn)生影響4.
(2)在校驗過(guò)程中,應根據測試要求對測量數據進(jìn)行三次循環(huán)測量,這必然會(huì )帶來(lái)重復性誤差,其影響程度還取決于電測儀表的精度.
(3)測試過(guò)程中,電測設備本身的測量精度對測量結果的影響,采用不同分辯率的儀表對測量結果的影響也不同.
(4)油槽為溫度變送器校驗系統提供不恒定溫場(chǎng),其性能的優(yōu)劣直接決定自動(dòng)檢測系統的測量不確定度.
(5)熱電阻在檢測過(guò)程中必然產(chǎn)生自熱現象,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《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007)對溫度變送器進(jìn)行校驗.校準用標準器采用二等標準鉑電阻溫度計.
4.1數學(xué)模型與靈敏系數

4.2測量結果的不確定度評定
4.2.1輸入量的標準不確定度u(I.)的評定
4.2.1.1輸出電流重復性導致的不確定度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，數據如表1所示.
     校準方法采取在同一恒溫油槽進(jìn)行比較,測量數據采取極差法進(jìn)行評定可.


4.4擴展不確定度的評定
       依據《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007),對溫度變送器進(jìn)行校驗,一般k=2,則
Uk_z=ku.(AI)=2x0.0106=0.02(mA).
5結論
       通過(guò)實(shí)例分析，使用二等鉑電阻標準裝置對溫度變送器進(jìn)行校驗時(shí)，如果使用的電測儀表為Const273(分辨力為0.1μA),對測試數據進(jìn)行建模分析，可以得到影響測量不確定度的主要因素來(lái)自重復性誤差和電測儀表的精度.并且依據《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007),對0.2級溫度變送器進(jìn)行校驗,其允差為+0.032mA,符合規程要求.