一體化溫度變送器不同方法校準(zhǔn)的影響因素

摘要:測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果關(guān)聯(lián)的1個(gè)參數(shù),用于表征合理賦予被測(cè)量值的分散性,正確理解、評(píng)定和表述測(cè)量不確定度十分重要。依據(jù)JJF1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》,對(duì)可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號(hào))進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單獨(dú)校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)),并對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。
1概述
　　溫度在測(cè)試中極其重要,溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表,溫度變送器分為帶傳感器和不帶傳感器2種。現(xiàn)在各試驗(yàn)測(cè)試中的采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)均以電流、電壓信號(hào)為主。在實(shí)際測(cè)試工作中,為了采集更加方便、準(zhǔn)確,需配置與之前端傳感器相應(yīng)分度號(hào)和量程的變送器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的變送輸出。目前由傳感器與變送器配套組合而成使用的相對(duì)較多,現(xiàn)階段校準(zhǔn)均對(duì)其傳感器和變送器單獨(dú)進(jìn)行校準(zhǔn),從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)看,有些傳感器送器偏差較大，用戶在配套使用時(shí)會(huì)存在誤差疊加或抵消現(xiàn)象。對(duì)可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號(hào))進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單獨(dú)校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)),并對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析，從而得出最佳的校準(zhǔn)方法。
1.1校準(zhǔn)對(duì)象、條件
　　在環(huán)境溫度:(20±5)℃,相對(duì)濕度:45%~75%，周?chē)卮艌?chǎng)外。以902820/11型鉑電阻測(cè)量-50℃~100℃、707031型溫度變送器測(cè)量-50℃~100℃輸出4~20mA,以校準(zhǔn)100℃對(duì)應(yīng)輸出20mA為例,以不同方式進(jìn)行校準(zhǔn),對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。.
1.2校準(zhǔn)方法
1)單獨(dú)校準(zhǔn):檢定鉑電阻時(shí),將被檢鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放人恒溫槽中,讀取各自輸出的電阻值;校準(zhǔn)溫度變送器時(shí),將模擬的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻信號(hào)輸人至變送器,通過(guò)變送輸出,用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源測(cè)量其變送輸出電流值。
2)整體校準(zhǔn):將被檢鉑電阻輸出信號(hào)線連接至變送器上，與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放入恒溫槽中,讀取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電阻值,變送器的變送輸出電流值。
1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
1)WZPB-9型二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì):(dR/dt)1000.37928Ω/9℃、復(fù)現(xiàn)性±5mK、周期穩(wěn)定性±10mK。
2)1560型堆棧式測(cè)溫儀:標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)量±(0.002%RDG.+0.0005Ω)、被檢電阻測(cè)量±(0.004%RDG+0.001Ω)。
3)Microcal200型多功能校驗(yàn)儀:電流測(cè)量±(0.02%RDG+0.4μA)、Pt100輸出±(0.02%RDG+0.05℃),
4)7321型恒溫槽:均勻性≤0.01℃、溫度波動(dòng)≤±0.02℃/10min。
1.4測(cè)量數(shù)據(jù)
　　標(biāo)準(zhǔn)電阻平均值為35.3520、被檢電阻平均值為138.2610Ω、單獨(dú)校準(zhǔn)方法測(cè)量電流值平均值為20.003mA、整體校準(zhǔn)方法測(cè)量電流值平均值為19.936mA。
2數(shù)學(xué)模型
　　單獨(dú)校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)測(cè)量模型詳見(jiàn)JJF1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》。
3影響因素分析
3.1單獨(dú)校準(zhǔn)
3.1.1鉑電阻檢定影響因素的不確定度分析
　　凡由重復(fù)性誤差引人分量的都采用A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定,其他分量引入的都采用B類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定,按均勻分布考慮,包含因子k=√3(以下全同)。
1)輸入量△th引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(△th)。輸人量u(△th)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被檢鉑電阻重復(fù)性誤差、恒溫槽插孔之間的溫差、電測(cè)設(shè)備和電測(cè)設(shè)備自熱效應(yīng)引人的誤差。各分量為:被檢鉑電阻重復(fù)性誤差約為0.0039C,恒溫槽插孔之間的溫差約為0.012℃,電測(cè)設(shè)備約為0.009℃,電測(cè)設(shè)備自熱約為0.002℃。由于各分量彼此相互獨(dú)立,因此u(△th)引入的不確定度分量約為0.015℃。
2)輸入量u(△t*h)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(△t*h)。輸入量u(△i,)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、自熱效應(yīng)和電測(cè)設(shè)備。各分量為:標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0.003℃，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0.006℃,恒溫槽自熱效應(yīng)約為0℃(100℃時(shí)其處于較高溫度,自熱影響可以忽略不計(jì)),電測(cè)設(shè)備約為0.002C。由于各分量彼此相互獨(dú)立,因此u(△t*h)引人的不確定度分量約為0.007℃。
3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸人量△th和△t*h相互之間彼此獨(dú)立，可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為0.017℃。
從上述分量可看出鉑電阻檢定主要誤差來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差。
3.1.2溫度變送器校準(zhǔn)影響因素的不確定度分析
1)輸入量Ad引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Ad)。輸人量u(Ad)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被校變送器電流測(cè)量的重復(fù)性和溫度校驗(yàn)儀的測(cè)量誤差。各分量為:電流測(cè)量重復(fù)性約為0.0003mA,溫度校驗(yàn)儀測(cè)量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨(dú)立,因此u(Ad)引人的不確定度分量約為0.0025mA。
2)輸入量ts引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(ts)。輸人量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于溫度校驗(yàn)儀輸出誤差和專用連接導(dǎo)線誤差。各分量為:溫度校驗(yàn)儀輸出誤差約為0.04℃，專用連接導(dǎo)線約為0.043℃。由于各分量彼此相互獨(dú)立，因此u(ts)引人的不確定度分量約為0.06℃。
3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸人量Ad和ts相互之間彼此獨(dú)立,可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為0.0069mA。
　　從上述各分量可看出變送器校準(zhǔn)主要誤差來(lái)源于連接
導(dǎo)線。.
　　根據(jù)上述單獨(dú)校準(zhǔn)不確定度分析可知:鉑電阻合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.017℃，溫度變送器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0069mA約為0.065℃,用△At=實(shí)表示單獨(dú)校準(zhǔn)的合成誤差，則:△At=實(shí)≈0.067℃。
3.2整體校準(zhǔn)
1)輸人量u(`Ad)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被校變送器電流測(cè)量的重復(fù)性和溫度校驗(yàn)儀的測(cè)量誤差。各分量為:電流測(cè)量重復(fù)性約為0.0003mA,溫度校驗(yàn)儀測(cè)量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨(dú)立,因此u(`Ad)引人的不確定度分量約為0.0025mA。
2)輸人量`i引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、電測(cè)設(shè)備、電測(cè)設(shè)備自熱、恒溫槽自熱效應(yīng)和專用連接導(dǎo)線。各分量為:恒溫槽插孔之間約為0.012℃,標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0.003℃,標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0.006℃,電測(cè)設(shè)備:約為0.002℃,恒溫槽自熱效應(yīng)約為0℃,電測(cè)設(shè)備自熱約為0.002℃,專用連接導(dǎo)線約為0℃(被檢輸出信號(hào)線直接連接至輸人信號(hào)端鈕上,故不存在連接導(dǎo)線誤差)。由于各分量彼此相互獨(dú)立，因此u(t)引入的不確定度分量約為0.024℃。
3)輸人量`Ad和`t相互之間彼此獨(dú)立,可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量約為0.0036mA。
從上述分量可看出一體化變送器校準(zhǔn)主要誤差來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差。根據(jù)上述整體校準(zhǔn)不確定度分析可知:整體合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0036mA,約為0.034℃,用△At=實(shí)表示整體校準(zhǔn)的合成誤差，則:△At=實(shí)=uc(△At)≈0.034℃。
　　根據(jù)對(duì)2種校準(zhǔn)方式的不確定度分析,從校準(zhǔn)結(jié)果可看出整體校準(zhǔn)方式的結(jié)果略優(yōu)于單獨(dú)校準(zhǔn)結(jié)果,但兩者的校準(zhǔn)結(jié)果均滿足其精度等級(jí)。
4結(jié)語(yǔ)
1)通過(guò)對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果影響因素進(jìn)行不確定度分析和評(píng)定可看出其2種校準(zhǔn)方式均可行。
2)從時(shí)間成本、計(jì)算復(fù)雜程度、油槽溫度限制(油槽最高.溫度300℃)等方面考慮,可優(yōu)先選擇單獨(dú)校準(zhǔn)方式。
3)如測(cè)量結(jié)果介于兩相鄰精度等級(jí)之間,則應(yīng)采取整體校準(zhǔn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。
4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較,在校準(zhǔn)過(guò)程中使用的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量使用同一根銅導(dǎo)線(不超過(guò)1m)截取成3、4段進(jìn)行連接,減小其帶來(lái)的誤差。