溫度變送器測量結(jié)果不確定度的評定

劉佳

陜西省寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測中心 陜西寶雞 721000

1 溫度變送器作用

溫度變送器使用熱電偶和熱電阻作為溫度測量元件和溫度測量元件的輸出信號發(fā)送到發(fā)射機(jī)模塊、電壓穩(wěn)定過濾后，操作放大，非線性校正，V/I轉(zhuǎn)換，恒流和反向保護(hù)等電路處理后，將4-20mA電流信號0-5V/0-10V電壓信號轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的信號，輸出RS485數(shù)字信號。一種將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出或可按通信協(xié)議輸出的裝置。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號并可傳輸?shù)膬x器[1]。主要用于工業(yè)過程中溫度參數(shù)的測量和控制。電流變送器將主電路測量到的交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)傳送給接收裝置。溫度電流變送器將溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并連接到二次儀表上顯示相應(yīng)的溫度[2]。例如溫度傳感器型號為Pt100，那么溫度電流變送器的作用是將電阻信號轉(zhuǎn)換成電流信號，輸入到儀表上，顯示溫度。

2 溫度變送器測量不確定度評定

測量不確定度就是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小，測量結(jié)果必須附有不確定度說明才是完整并有意義的。

2.1 測量方法

體操作依據(jù):JJF1183-2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范。

采用輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度信號，直接比較其電流輸出值。

標(biāo)準(zhǔn)器選用:0.05級（0.00-20.00）mA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表、0.02級標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。

2.2 測量模型

即:I+ΔI=（tX+Δt）×16/tmax+4

式中:I—變送器輸出電流（mA）；

ΔI—電流表誤差（mA）；

t—輸入溫度值（℃）；

Δt—溫度表誤差（℃）；

R—電阻值（Ω）；

ΔR—電阻誤差（Ω）。

以量程為（0-400）℃的（Pt100Ⅲ型）溫度變送器，測量100℃為例，tmax=400（℃）。

2.3 誤差來源及分析

2.3.1 誤差來源

（1）標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的等級誤差及分辨率。

（2）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表的等級誤差及分辨率。

（3）Pt100分度值表誤差。

2.3.2 誤差分析

（1）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表準(zhǔn)確度等級為0.05級，測量范圍（0.00-20.00）mA，取k=30.5，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

20×0.05%/30.5=0.0058（mA）自由度γ→∞

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表分辨率為0.001mA，取k=30.5，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

電流合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)電阻箱準(zhǔn)確定度等級為0.02級，分辨率為0.01Ω。對應(yīng)100℃電阻值為138.50Ω，取k=30.5，則準(zhǔn)確度等級的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

分辨率的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

（3）pt100分度表差表誤差0.01Ω，取k=30.5

則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

2.4 靈敏度系數(shù)

由測量模型得：

由于pt100阻值溫度基本呈現(xiàn)性關(guān)系，所以df/dR近似為:

則電阻影響的靈敏度系數(shù):

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表（見表1）

表1

3 溫度變送器現(xiàn)場校準(zhǔn)方法

溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號并能被傳輸?shù)膬x器。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。送檢的溫度變化一般分為帶傳感器和不帶傳感器的兩類儀器。使用傳感器現(xiàn)場檢測儀器更為常見。溫度變化的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號主要有0-10mA和4-20mA直流信號，也可選配顯示單元。直接顯示測量溫度。根據(jù)溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范，溫度變送器需要在（20±5）℃、相對濕度45%-75%的環(huán)境條件下，部分浸入標(biāo)準(zhǔn)恒溫浴中。本儀表的量程均勻布置有多個(gè)點(diǎn)，溫度由低到高逐點(diǎn)升高，依次校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)中，環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度小，結(jié)論準(zhǔn)確可靠。但是，單臺檢測儀器數(shù)量少，檢測時(shí)間長，校準(zhǔn)效率極低，檢測人員工作量大。為了減少儀器拆卸搬運(yùn)造成的損失和人員工作量，有必要及時(shí)對儀器進(jìn)行在線校準(zhǔn)。溫度變送器的工作環(huán)境溫度一般為-40-85℃。根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范的要求，校準(zhǔn)環(huán)境條件應(yīng)至少滿足15-35℃的溫度和相對濕度小于85%，以確保標(biāo)準(zhǔn)由環(huán)境變化引入不確定性對校準(zhǔn)結(jié)果不會有很大的影響[3]。

總而言之，在一定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，只要滿足相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，如空調(diào)或其他溫度或風(fēng)速的變化，就可以得到一定的實(shí)驗(yàn)條件。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，溫度不得低于25℃，對濕度和方向有相應(yīng)的要求。在實(shí)驗(yàn)中相關(guān)設(shè)備的長期運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸條件的原因，可能會出現(xiàn)一定的誤差。因此，必須加強(qiáng)相應(yīng)設(shè)備的檢測和認(rèn)證。如果溫度計(jì)在使用范圍內(nèi)，可以在不同的設(shè)備上找到誤差，達(dá)到驗(yàn)證的效果。相關(guān)工作需要經(jīng)過一定的測試才能順利進(jìn)行，解決相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)問題，要求干體爐在使用過程中所使用的測溫器等因素要有一定的影響和變化，使其產(chǎn)生有利于其工作的變化?？梢匝芯坎煌问降墓艿赖仍O(shè)備，可以密切監(jiān)測變送器的變化。在管道與設(shè)備輸送機(jī)關(guān)聯(lián)的過程中，一定范圍的變化有助于平衡它們的檢測。在感溫系統(tǒng)與相關(guān)溫度系統(tǒng)接觸的過程中，在連續(xù)運(yùn)動的過程中，溫度計(jì)與溫度計(jì)會發(fā)生接觸，會發(fā)生糾纏，可以以溫度計(jì)的形式進(jìn)行處理。在這種情況下，溫度計(jì)的相對波動會影響溫度相關(guān)的結(jié)果，在一定的范圍內(nèi)才能進(jìn)行有效的測量。當(dāng)溫度傳感器全部正常時(shí)，可以在溫度由低到高的過程中提前曲線測試一系列的溫度變化，不同的設(shè)備可以在不規(guī)則的條件下進(jìn)行溫度變化。當(dāng)溫度變化超過一定范圍時(shí)，可以用一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。在溫度評定設(shè)備和相關(guān)校準(zhǔn)設(shè)備中，溫度的變化總是伴隨著相關(guān)電流的變化。當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，對不同的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行對比分析，同時(shí)進(jìn)行賬務(wù)記錄。從技術(shù)角度來說，通過電子計(jì)算機(jī)的精確控制，可以控制和采集電流，從而得到與溫度的相關(guān)性。此外，執(zhí)行滿足實(shí)際需求的度量也是很重要的。經(jīng)過相關(guān)的測量和記錄，導(dǎo)出的關(guān)系可以進(jìn)一步研究。一些細(xì)微的差別不容忽視。必須進(jìn)行精確的測量，才能得到相應(yīng)的誤差值。在相關(guān)的數(shù)據(jù)錄入程序中，可對電子表格的記錄過程進(jìn)行預(yù)先處理[4]。掌握準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和質(zhì)量變更過程后，將問題記錄在表格中。問題解決后，可以及時(shí)處理相關(guān)問題。在現(xiàn)代技術(shù)手段下，攝影等技術(shù)可以保證發(fā)射機(jī)等設(shè)備的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)記錄的準(zhǔn)確性。在這種情況下，可以避免錯(cuò)誤記錄的后果。

綜上所述，溫度變送器作為最常用的測溫儀器，其測量性能的好壞不僅僅取決于設(shè)備的制造水平。同時(shí)，在使用過程中的檢驗(yàn)測試、有效的日常維護(hù)和合理的故障排除也是設(shè)備長期運(yùn)行的保證。精確度和有效性的重要手段。