基于溫度傳感器自動檢測系統的誤差分析

秦凱

摘 要：在眾多的儀器設備及產品測試中，一個重要的器件就是溫度傳感器。其自動檢測系統在測量時，通過實時地對比被測件與標準器，保證測量結果的精確度，測量過程中，會存在一定的誤差，為了保證測量的精確性，需要對誤差進行科學的分析，文章中，介紹了溫度傳感器自動檢測系統組成及原理，接著分析了溫度傳感器自動檢測系統的誤差。

關鍵詞：溫度傳感器；自動檢測系統；誤差

前言

溫度傳感器的種類比較多，使用過程中，傳感器具有穩定的性能，測量結果的準確性比較高，在生產及生活中，應用十分廣泛。自動檢測系統對溫度傳感器進行檢測，從而有效地保證傳感器能夠正常的工作，系統檢測過程中，由于不確定因素的存在，檢測結果會存在一定的誤差，誤差的大小直接影響檢測結果的準確性，并對傳感器的質量產生影響，對此，就需要科學的進行誤差分析，在測量中盡量將誤差降至最低。

1 溫度傳感器自動檢測系統組成及原理

在自動檢測系統中，包含的組成部件比較多，主要有計算機、溫度控制器、數字多用表、低電勢轉換開關、溫度控制傳感器、被檢溫度傳感器（鉑電阻）等。檢測系統工作時，嚴格地按照一定的流程工作，具體如下：由恒溫槽提供溫度場，該溫度場的穩定性良好，并且均勻，標準溫度計在數字多用表的作用下，將電阻檢測出來，低電勢轉換開關在控制之下，利用數字多用表，將各個被檢測傳感器的電阻檢測出來，最后，通過計算機，電阻數據由數據采集卡讀取。標準溫度傳感器的電阻值為標準值，將其與被檢溫度傳感器測得的電阻值對比，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，在自動檢測系統中，核心為控制計算機，控制時，被檢測溫度傳感器、溫度傳感器等系統部件的控制由GPIB接口卡和通訊接口實現，同時，分析和處理校準數據時，也通過此接口卡和接口進行[1]。溫度場必須要滿足均勻性的要求，為了實現這一點，介質利用內部攪拌機攪拌，在此作用下，保證恒溫槽內的溫度均勻。此外，溫度場還需要具有良好的穩定性，為了保證穩定性，恒溫槽內介質的溫度采用溫度控制器來控制，在計算機的控制之下，同自控溫度計一起，以一個反饋電路為基礎，提供一個被校準的溫度計與固定點或校準點所需的均勻穩定溫度場。

2 溫度傳感器自動檢測系統誤差分析

2.1 誤差的來源

自動檢測系統在對溫度傳感器的工藝參數檢測時，會存在一定的系統誤差，這是無可避免的，但是當誤差比較大時，工藝參數檢測的準確性會降低。在自動檢測系統工作過程中，系統各個組成部分都可能會引入誤差，具體說來，誤差的來源主要有四種，一種是重復檢測溫度傳感器時所產生的誤差，一種是檢測過程中溫度場的均勻性不滿足要求產生的誤差，一種是電測設備使用過程中產生的誤差，一種是標準器產生的誤差[2]。

2.2 誤差不確定度的分析與評定

在對自動檢測系統誤差分析時，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，通過估計的方式，在某個量值范圍內確定真值，對測量結果的誤差進行表達時，為了提升表達的客觀性，分析與評定測量結果時，采用不確定度的方式[3]。所謂不確定度，是指測量結果帶有的一個參數，用以表征合理賦予被測量的分散性，是某個量值范圍內，客觀的評定被測量值。不確定度的表征方式為標準偏差，稱之為標準不確定度，表示字母為u。

由于系統誤差的來源比較多，分別對各個誤差來源的不確定度進行評分和分析，在分析時，以具體的某型號溫度傳感器為例。第一，被測溫度傳感器測量重復性誤差來源，將此誤差來源的標準不確定度設置為u1，溫度傳感器在工作的過程中，輸出電阻值具有不重復性的特點，由此引起u1的存在，評定時，采用A類方法，根據相應的規定要求，溫度傳感器選擇為A級鉑電阻，穩定性良好，利用自動測試系統連續測量6次，重復性的計算利用貝塞爾公式計算[4]；第二，溫度場的不均勻性誤差來源，將此誤差來源的標準不確定度設置為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，評定時，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，半區間的均勻性要小于0.005℃，通過這兩個數值，將u2確定；第三，電測設備誤差來源，在此誤差來源中，將標準不確定設置為u3，回路寄生電勢在利用堆棧式測溫儀測量時，可引起誤差，評定時，同樣采用B類方法進行，依據相應的技術指標，可將u3的數值計算出來；第四，被測溫度傳感器誤差來源，將此誤差來源設置為u4，溫度傳感器選擇的為標準鉑，其所帶有的阻值具有不重復姓，引起誤差，評定時，采用B類方法。

2.3 檢測系統總不確定度的評定

自動檢測系統各個誤差來源的標準不確定參數確定之后，將這四個分量合成在一起，形成的數值就是合成標準不確定度，表示方式為uc，隨后，將uc在0℃和100℃時的測量值利用相應的公式計算出來，形成合成標準不確定度的具體參數。在對測量結果進行表示時，為了提升表示的準確性，需要對測量區間進行限定，限定時，需要滿足測量區間包含大部分被測量值的要求，因此，表示時采用擴展不確定度。計算擴展不確定度時，利用標準不確定度uc和包含因子k相乘，擴展不確定度同樣包含兩個，分別為0℃時和100℃時。自動檢測系統的不確定度分析和評定完成之后，可確定各個誤差來源具體產生的影響，進而在利用系統檢測時，關鍵性的注意這幾個方面，降低誤差，提升檢測的準確性。

3 結束語

自動檢測系統主要是對溫度傳感器的工藝參數進行測量，由于被測傳感器測量重復性、溫度場不均勻性等因素的存在，檢測中會存在誤差，進而影響檢測的準確性，在明確誤差來源的基礎上進行誤差分析，從而在日常使用中有效地觀察這些方面的變化，提升檢測的準確性。

參考文獻

[1]趙艷，趙詠梅，姜成元.溫度傳感器自動檢定技術[J].計量與測試技術，2011，9：25-26+29.

[2]張在宣，金尚忠，王劍鋒，等.分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的研究進展[J].中國激光，2010，11：2749-2761.

[3]孫向榮，吳志凌，曾正.光柵測長機熱誤差修正溫度測量系統研制[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2013，11：1300-1303.

[4]蘇彩紅，林梅金，鄧嘉華，等.基于無線傳感網絡的機床熱誤差智能檢測系統設計[J].自動化與信息工程，2014，4：21-24+48.