基于溫度傳感器自動(dòng)檢測系統(tǒng)的誤差分析

秦凱

摘 要：在眾多的儀器設(shè)備及產(chǎn)品測試中，一個(gè)重要的器件就是溫度傳感器。其自動(dòng)檢測系統(tǒng)在測量時(shí)，通過實(shí)時(shí)地對(duì)比被測件與標(biāo)準(zhǔn)器，保證測量結(jié)果的精確度，測量過程中，會(huì)存在一定的誤差，為了保證測量的精確性，需要對(duì)誤差進(jìn)行科學(xué)的分析，文章中，介紹了溫度傳感器自動(dòng)檢測系統(tǒng)組成及原理，接著分析了溫度傳感器自動(dòng)檢測系統(tǒng)的誤差。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；自動(dòng)檢測系統(tǒng)；誤差

前言

溫度傳感器的種類比較多，使用過程中，傳感器具有穩(wěn)定的性能，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性比較高，在生產(chǎn)及生活中，應(yīng)用十分廣泛。自動(dòng)檢測系統(tǒng)對(duì)溫度傳感器進(jìn)行檢測，從而有效地保證傳感器能夠正常的工作，系統(tǒng)檢測過程中，由于不確定因素的存在，檢測結(jié)果會(huì)存在一定的誤差，誤差的大小直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)傳感器的質(zhì)量產(chǎn)生影響，對(duì)此，就需要科學(xué)的進(jìn)行誤差分析，在測量中盡量將誤差降至最低。

1 溫度傳感器自動(dòng)檢測系統(tǒng)組成及原理

在自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，包含的組成部件比較多，主要有計(jì)算機(jī)、溫度控制器、數(shù)字多用表、低電勢轉(zhuǎn)換開關(guān)、溫度控制傳感器、被檢溫度傳感器（鉑電阻）等。檢測系統(tǒng)工作時(shí)，嚴(yán)格地按照一定的流程工作，具體如下：由恒溫槽提供溫度場，該溫度場的穩(wěn)定性良好，并且均勻，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)在數(shù)字多用表的作用下，將電阻檢測出來，低電勢轉(zhuǎn)換開關(guān)在控制之下，利用數(shù)字多用表，將各個(gè)被檢測傳感器的電阻檢測出來，最后，通過計(jì)算機(jī)，電阻數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集卡讀取。標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器的電阻值為標(biāo)準(zhǔn)值，將其與被檢溫度傳感器測得的電阻值對(duì)比，將被檢溫度傳感器的性能判斷出來。

通過上述工作過程的闡述可知，在自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，核心為控制計(jì)算機(jī)，控制時(shí)，被檢測溫度傳感器、溫度傳感器等系統(tǒng)部件的控制由GPIB接口卡和通訊接口實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，分析和處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，也通過此接口卡和接口進(jìn)行[1]。溫度場必須要滿足均勻性的要求，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，介質(zhì)利用內(nèi)部攪拌機(jī)攪拌，在此作用下，保證恒溫槽內(nèi)的溫度均勻。此外，溫度場還需要具有良好的穩(wěn)定性，為了保證穩(wěn)定性，恒溫槽內(nèi)介質(zhì)的溫度采用溫度控制器來控制，在計(jì)算機(jī)的控制之下，同自控溫度計(jì)一起，以一個(gè)反饋電路為基礎(chǔ)，提供一個(gè)被校準(zhǔn)的溫度計(jì)與固定點(diǎn)或校準(zhǔn)點(diǎn)所需的均勻穩(wěn)定溫度場。

2 溫度傳感器自動(dòng)檢測系統(tǒng)誤差分析

2.1 誤差的來源

自動(dòng)檢測系統(tǒng)在對(duì)溫度傳感器的工藝參數(shù)檢測時(shí)，會(huì)存在一定的系統(tǒng)誤差，這是無可避免的，但是當(dāng)誤差比較大時(shí)，工藝參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性會(huì)降低。在自動(dòng)檢測系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)各個(gè)組成部分都可能會(huì)引入誤差，具體說來，誤差的來源主要有四種，一種是重復(fù)檢測溫度傳感器時(shí)所產(chǎn)生的誤差，一種是檢測過程中溫度場的均勻性不滿足要求產(chǎn)生的誤差，一種是電測設(shè)備使用過程中產(chǎn)生的誤差，一種是標(biāo)準(zhǔn)器產(chǎn)生的誤差[2]。

2.2 誤差不確定度的分析與評(píng)定

在對(duì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)誤差分析時(shí)，主要是將真值與測量值之間存在的差值找出，但無法找到真正的真值，因此，通過估計(jì)的方式，在某個(gè)量值范圍內(nèi)確定真值，對(duì)測量結(jié)果的誤差進(jìn)行表達(dá)時(shí)，為了提升表達(dá)的客觀性，分析與評(píng)定測量結(jié)果時(shí)，采用不確定度的方式[3]。所謂不確定度，是指測量結(jié)果帶有的一個(gè)參數(shù)，用以表征合理賦予被測量的分散性，是某個(gè)量值范圍內(nèi)，客觀的評(píng)定被測量值。不確定度的表征方式為標(biāo)準(zhǔn)偏差，稱之為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，表示字母為u。

由于系統(tǒng)誤差的來源比較多，分別對(duì)各個(gè)誤差來源的不確定度進(jìn)行評(píng)分和分析，在分析時(shí)，以具體的某型號(hào)溫度傳感器為例。第一，被測溫度傳感器測量重復(fù)性誤差來源，將此誤差來源的標(biāo)準(zhǔn)不確定度設(shè)置為u1，溫度傳感器在工作的過程中，輸出電阻值具有不重復(fù)性的特點(diǎn)，由此引起u1的存在，評(píng)定時(shí)，采用A類方法，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)定要求，溫度傳感器選擇為A級(jí)鉑電阻，穩(wěn)定性良好，利用自動(dòng)測試系統(tǒng)連續(xù)測量6次，重復(fù)性的計(jì)算利用貝塞爾公式計(jì)算[4]；第二，溫度場的不均勻性誤差來源，將此誤差來源的標(biāo)準(zhǔn)不確定度設(shè)置為u2，恒溫槽和低溫槽均采用深井式，由于其提供的溫度場分布不均勻，引起測量誤差，評(píng)定時(shí)，采用B類方法，按照檢測要求，恒溫槽的均勻性要小于0.01℃，由此一來，半?yún)^(qū)間的均勻性要小于0.005℃，通過這兩個(gè)數(shù)值，將u2確定；第三，電測設(shè)備誤差來源，在此誤差來源中，將標(biāo)準(zhǔn)不確定設(shè)置為u3，回路寄生電勢在利用堆棧式測溫儀測量時(shí)，可引起誤差，評(píng)定時(shí)，同樣采用B類方法進(jìn)行，依據(jù)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，可將u3的數(shù)值計(jì)算出來；第四，被測溫度傳感器誤差來源，將此誤差來源設(shè)置為u4，溫度傳感器選擇的為標(biāo)準(zhǔn)鉑，其所帶有的阻值具有不重復(fù)姓，引起誤差，評(píng)定時(shí)，采用B類方法。

2.3 檢測系統(tǒng)總不確定度的評(píng)定

自動(dòng)檢測系統(tǒng)各個(gè)誤差來源的標(biāo)準(zhǔn)不確定參數(shù)確定之后，將這四個(gè)分量合成在一起，形成的數(shù)值就是合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，表示方式為uc，隨后，將uc在0℃和100℃時(shí)的測量值利用相應(yīng)的公式計(jì)算出來，形成合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的具體參數(shù)。在對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行表示時(shí)，為了提升表示的準(zhǔn)確性，需要對(duì)測量區(qū)間進(jìn)行限定，限定時(shí)，需要滿足測量區(qū)間包含大部分被測量值的要求，因此，表示時(shí)采用擴(kuò)展不確定度。計(jì)算擴(kuò)展不確定度時(shí)，利用標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc和包含因子k相乘，擴(kuò)展不確定度同樣包含兩個(gè)，分別為0℃時(shí)和100℃時(shí)。自動(dòng)檢測系統(tǒng)的不確定度分析和評(píng)定完成之后，可確定各個(gè)誤差來源具體產(chǎn)生的影響，進(jìn)而在利用系統(tǒng)檢測時(shí)，關(guān)鍵性的注意這幾個(gè)方面，降低誤差，提升檢測的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語

自動(dòng)檢測系統(tǒng)主要是對(duì)溫度傳感器的工藝參數(shù)進(jìn)行測量，由于被測傳感器測量重復(fù)性、溫度場不均勻性等因素的存在，檢測中會(huì)存在誤差，進(jìn)而影響檢測的準(zhǔn)確性，在明確誤差來源的基礎(chǔ)上進(jìn)行誤差分析，從而在日常使用中有效地觀察這些方面的變化，提升檢測的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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