探討便攜式熱工儀表檢定儀的設(shè)計(jì)原理及示值誤差檢定方法

陳蒙蒙

摘 要：便攜式熱工儀表檢定儀作為一種新型的熱工儀表檢定裝置，具有操作方便、讀數(shù)準(zhǔn)確、攜帶方便和體積小等特點(diǎn)。探討了便攜式熱工儀表檢定儀的設(shè)計(jì)原理及示值誤差檢定方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：熱工儀表；檢定儀；設(shè)計(jì)原理；檢定方法

中圖分類號(hào)：TH81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.112

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0112-01

便攜式熱工儀表檢定儀又稱為檢定儀，是一種新型的熱工儀表檢定裝置，主要由我國(guó)研制而成。便攜式熱工儀表的操作非常簡(jiǎn)便，能夠準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)，且體積小、方便攜帶，提升了檢定的效率和質(zhì)量。內(nèi)部配備了相應(yīng)的電勢(shì)正負(fù)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，方便了修理與零位檢定。

1 A/D轉(zhuǎn)換器的雙積分式工作原理

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的使用主要是利用自身雙積分式，把需要檢測(cè)的電壓變成一個(gè)時(shí)間間隔，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的雙積分式將持續(xù)時(shí)間和需要檢測(cè)的電壓平均值形成正比例。一旦使用的計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)間間隔，就能夠在顯示器上直接讀取被測(cè)電壓的平均值。在輸入電路中輸入被測(cè)電壓Ux作用于電子開(kāi)關(guān)，然后利用控制器讓電子開(kāi)關(guān)連接Ux端，借助積分器對(duì)Ux端進(jìn)行采集，讀取Ux積分。邏輯控制電路將采樣指令發(fā)出以后，將采樣時(shí)間T1變成固定值，同時(shí)，通過(guò)控制器將門開(kāi)啟，時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)檢定儀的計(jì)數(shù)器后，讀取時(shí)鐘脈沖信息數(shù)據(jù)，并作好記錄。一旦計(jì)數(shù)器計(jì)滿，脈沖輸出溢出來(lái)后就會(huì)通過(guò)控制器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓UR進(jìn)行反向積分。如果積分器輸出數(shù)值回到0電平時(shí)，檢零比較器的輸出信號(hào)就會(huì)通過(guò)控制器將門關(guān)閉，這時(shí)時(shí)鐘脈沖計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)就會(huì)形成被測(cè)電壓的數(shù)字量。另外，為了有效解決便攜式熱工儀表檢定儀末尾數(shù)字跳字與穩(wěn)定性的問(wèn)題，使用高質(zhì)量積分電容和高精度電阻對(duì)變壓器進(jìn)行初、次級(jí)屏蔽，實(shí)現(xiàn)模擬、數(shù)字化的分離，然后將RC濾波器安裝在信號(hào)輸入端上，并使用帶有靜電屏蔽儀器外科屏蔽整個(gè)電子線路，為便攜式熱工儀表檢定儀測(cè)量精度的穩(wěn)定性提供保障。

2 示值誤差檢定方法

2.1 具體方法

從原理角度來(lái)分析，便攜式熱工儀表檢定儀是一種常用的電子式儀表，具有自身特殊性，所以可按照直流數(shù)字電壓表的檢定規(guī)程來(lái)檢定。直流數(shù)字電壓表的誤差檢定方法一般直流標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器法、標(biāo)準(zhǔn)儀和比較法等。所以，在檢定過(guò)程中，可根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與被檢儀器級(jí)別來(lái)選取符合的檢定方法。

基于上述設(shè)計(jì)原理和準(zhǔn)確度為0.05級(jí)可知，在檢定過(guò)程中，可選擇使用直流標(biāo)準(zhǔn)儀器法來(lái)測(cè)量示值誤差。其工作原理主要是通過(guò)直流電位差計(jì)UJ51與被檢檢定儀表對(duì)同一個(gè)電壓進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際值進(jìn)行測(cè)量，以此檢定示值誤差。由于檢定儀所需要的電阻率較高，所以，可以使用直流電位差計(jì)對(duì)檢定儀進(jìn)行檢定，此時(shí)直流電位差計(jì)相當(dāng)于直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源，從電壓源中的電壓端輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，再進(jìn)行檢定。如果直流電位差計(jì)輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓UN后，可使用讀取盤來(lái)讀取數(shù)據(jù)信息，當(dāng)被檢檢定儀讀取數(shù)據(jù)顯示為Ux時(shí)，便攜式熱工儀表檢定儀按照檢定規(guī)程計(jì)算，其基本誤差為：

△=±（a%Ux+b%Um）. （1）

式（1）中：Ux為檢定儀顯示值；Um為滿刻度值；a為級(jí)別精確度；b為與滿刻度值相關(guān)的誤差系數(shù)。

在檢定過(guò)程中，必須注意以下事項(xiàng)：①必須使用0.01以上準(zhǔn)確度較低的電勢(shì)直流電位差計(jì)，方便檢定儀測(cè)量上限小于使用的直流電位差計(jì)對(duì)上限進(jìn)行檢定，確保直流電位差計(jì)第一個(gè)十進(jìn)盤中數(shù)據(jù)信息大于0示值。同時(shí)，測(cè)量盤的最小步進(jìn)值低于檢定儀的靈敏度，為檢定提供保障。②檢定之前，必須做好預(yù)熱調(diào)零的準(zhǔn)備工作。③在檢定過(guò)程中，如果直流電位差計(jì)檢流計(jì)靈敏度較低，可適當(dāng)放置放大器，以此提升直流電位差計(jì)檢流計(jì)的靈敏度。④及時(shí)檢查設(shè)備的屏蔽和接地措施是否完善，防止受到共模和串模的干擾，排除泄露電流的影響因素。⑤在各個(gè)量程中均勻選擇10個(gè)檢定點(diǎn)檢定示值誤差，確保上升下降測(cè)量各1次。

2.2 實(shí)例分析

以Pt100型智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀為例，測(cè)量點(diǎn)溫度300 ℃，精度為±0.5%FS，對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差不確定度進(jìn)行分析。數(shù)學(xué)建模為：

Δt阻=t1阻+t2阻. （2）

式（2）中：Δt阻為儀表絕對(duì)誤差值；t1阻為儀表的實(shí)際顯示值；t2阻為標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)際顯示值。

靈敏度系數(shù)公式為：

uC阻2=cl阻2ul阻2+c2阻2u2阻2. （3）

在公式（3）中，cl阻=?△/ ?t1阻=1，c2阻= ?△/ ?t2阻=-1.

由于被測(cè)表為數(shù)字顯示測(cè)量?jī)x器，經(jīng)過(guò)計(jì)算，u1阻≈0.037 ℃，Pt100型熱電阻時(shí)準(zhǔn)確度為0.1 ℃，測(cè)溫探頭對(duì)環(huán)境溫度準(zhǔn)確度為0.2 ℃，呈均勻分布，則u2阻不確定度在0.058～0.115 ℃之間。以t2阻的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)u2阻的不確定度進(jìn)行評(píng)定，u2阻≈0.13 ℃。

通過(guò)上述計(jì)算可知，以便攜式校驗(yàn)儀器作為標(biāo)準(zhǔn)器，檢測(cè)Pt100型智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀，精度為±0.5%FS。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)環(huán)境溫度為300 ℃時(shí)，測(cè)量誤差結(jié)果不確定度為0.13 ℃。因此，校準(zhǔn)環(huán)境條件是對(duì)熱工儀表校準(zhǔn)影響較大的因素。在檢定儀工作過(guò)程中，需對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)控，盡量將誤差值縮小在最小范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上，便攜式熱工儀表檢定儀是一種新型的熱工儀表檢定裝置，通過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)原理和示值誤差檢定方法進(jìn)行分析，必須從多個(gè)科學(xué)角度出發(fā)，使用先進(jìn)設(shè)備完善檢定儀，以此提升檢定儀的精確度，讓便攜式熱工儀表檢定儀在計(jì)量檢定與工業(yè)生產(chǎn)中充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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