淺談礦用溫度傳感器檢定注意事項與不確定分析

樊勇

摘 要：礦用溫度傳感器應(yīng)用范圍日益廣泛，但使用環(huán)境非常惡劣，怎樣準(zhǔn)確計量給我們的檢定人員提出了嚴(yán)格的要求。使用、服務(wù)單位開展此類計量器具的檢定，提供了依據(jù)，確保溫度傳感器量值準(zhǔn)確可靠，為安全生產(chǎn)提供重要計量支撐。同時，規(guī)程實施也將有效提高政府監(jiān)管的能力與服務(wù)的有效性。本文從地方檢定規(guī)程的技術(shù)角度闡述了溫度傳感器在檢定上要注意的內(nèi)容，探討了大家容易忽略的問題，同時對結(jié)果進(jìn)行了不確定度的評定示范。

1礦用溫度傳感器概述

型礦用溫度傳感器為本質(zhì)安全型（電氣設(shè)備的一種防爆型式，它將設(shè)備內(nèi)部和暴露于潛在爆炸性環(huán)境的連接導(dǎo)線可能產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)能量限制在不能產(chǎn)生點燃的水平。）儀器，適用于煤礦井下具有煤塵、瓦斯爆炸危險場所，主要用于測量煤礦井下的環(huán)境溫度，以便及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，也可以對電機(jī)、皮帶機(jī)、滾筒或其它部位進(jìn)行超溫監(jiān)測。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、檢測準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、安裝維護(hù)方便。

測溫敏感元件采用HP35H線性溫度傳感器，它是采用美國NS芯片設(shè)計的線性正溫度系數(shù)（簡稱PTC）溫度傳感器，其輸出電壓變化量與溫度成線性關(guān)系，并按+10mV/℃與攝氏溫度一一對應(yīng)，可采用單電源工作，使用極為方便。

2 溫度傳感器出現(xiàn)故障的判斷

2.1 經(jīng)常遇到的故障情況

有時所有的溫度傳感器數(shù)據(jù)都異常或發(fā)生跳變，或者氣溫與地面溫度、地面與淺層、深層地溫直接的示數(shù)變化不太合理。比如夏季晴朗的中午氣溫與地面溫度接近，或者地面與淺層、深層地溫沒有依次明顯遞減等。

疏松地溫場容易造成地溫數(shù)據(jù)異常，一是因為地溫場疏松后土質(zhì)松軟造成地面和5cm地溫傳感器示數(shù)接近，二是在疏松地溫場的過程中容易碰到傳感器造成數(shù)據(jù)跳變明顯。

地溫經(jīng)常出現(xiàn)的故障是一路地溫或全部溫度出現(xiàn)問題：地溫值出現(xiàn)不連續(xù)的跳變；地溫值偏低或偏高；地溫值均為-24.6℃或維持某值長期不變。

2.2 影響的原因及排查要點

各種溫度傳感器數(shù)據(jù)都異常，切與電纜長度有關(guān)時，可能是多路溫度切換板上的防雷管被擊穿短路，更換后就回復(fù)正常。

地溫明顯偏高，可能是地溫傳感器與QL150接觸不良，或者線路受損。地溫明顯偏小，可能是電纜被鼠咬而引起一定程度短路問題。

固定不變的解決步驟：判斷傳感器是否損壞；檢查信號電纜開路；測量外轉(zhuǎn)接盒內(nèi)CD4067BF是否損壞。跳變不穩(wěn)定的解決步驟：檢查地溫傳感器密封情況，可能是進(jìn)水的原因。所有溫度不正常的解決步驟：檢測外轉(zhuǎn)接盒內(nèi)CD4067BF是否損壞；測量采集器數(shù)字板上7209A/D芯片損壞。

某一支溫度傳感器示值異常：可以把傳感器取出，和干濕球溫度表一起泡在水里，再進(jìn)行讀數(shù)對比，如果相近說明傳感器正常；或把異常的傳感器接到正常的線路上，看溫度值是否正常，不正常是傳感器的問題，正常是線路問題。

3.3 傳感器的定義及礦用傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)

3.3.1 傳感器的定義：什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為：①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類[4]。礦用傳感器的使用環(huán)境是決定了該型傳感器的特殊性，主要是因為大部分礦用模擬傳感器既需要防爆，又需要計量，受不同標(biāo)準(zhǔn)約束，生產(chǎn)成本相對較高。礦用傳感器需采用高穩(wěn)定性、長壽命的敏感元件、在整機(jī)硬件、軟件的設(shè)計中，采取多種干擾措施，滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁兼容要求。具有性能穩(wěn)定、測量精確、響應(yīng)速度快、抗沖擊能力強(qiáng)、遙控調(diào)校、斷電控制、結(jié)構(gòu)堅固、易使用、易維護(hù)、易更換、體積小、重量輕等特點。

3.3.2 礦用傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下：①工作電壓：

9―24V。②測量范圍：根據(jù)不同傳感器種類量程做出相應(yīng)指標(biāo)。③測量精度：根據(jù)不同傳感器種類量程做出相應(yīng)指標(biāo)。④元件反應(yīng)時間：根據(jù)不同傳感器種類做出相應(yīng)符合相關(guān)國家要求并滿足該指標(biāo)。⑤調(diào)校周期：不同傳感器的要求不同。⑥使用壽命：基本在一年以上。⑦采樣方式：不同傳感器的要求不同。⑧最大傳輸距離：2km。⑨輸出信號：200―1000hz、1―5mADC、4―20mADC。⑩防爆型式：Exibd I礦用本安或Exibd I礦用本安兼隔爆型。

4 、數(shù)字式礦用溫度傳感器測量不確定度的評定

被檢表選用安徽三正電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)的礦用溫度傳感器，分辨力為0.1℃；基本 誤差≤±2.5%（F.S）。 以檢定示值20℃為例來討論。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)溫度計引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

1 標(biāo)準(zhǔn)溫度計估讀誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溫度計的分度值為0.1℃，讀數(shù)分辨力為其分度值的1/10，即0.01℃，不確定度區(qū)間半寬為0.01℃，服從均勻分布，故 0.006℃

2 標(biāo)準(zhǔn)溫度計讀數(shù)視線不垂直引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溫度計因視線不垂直的讀數(shù)誤差范圍為±0.01℃，不確定度區(qū)間半寬為0.01℃，服從反正弦分布，故 0.007℃

3 恒溫槽溫場不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溫度計與被檢表的感溫元件處在同一水平，故只需考慮恒溫槽的水平溫度均勻性。LT-95型恒溫槽的水平最大溫差均為≤0.01℃，則不確定度區(qū)間半寬為0.005℃，按均勻分布處理。故 0.003℃

4 恒溫槽溫度波動不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

LT-95型恒溫槽的溫度波動度≤±0.01℃/30min，不確定度區(qū)間半寬為0.01℃，服從均勻分布，故 0.006℃

因為 、 、 、 互不相關(guān)，故

0.011℃

結(jié)束語

本文設(shè)計的溫度傳感器已通過國家檢測中心各項檢驗，并取得安標(biāo)證，由于該傳感器具有測量精度高、穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)等特點，目前已經(jīng)在煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和非煤礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中得到大量應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建新，李聚春.由LM331構(gòu)成單片機(jī)F/V精密數(shù)據(jù)采集電路[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報，2007，24（8）：50-52.

[2] 張富景，葉家瑋.F/V轉(zhuǎn)換器在船模試驗水池拖車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，（7）：131-1