檢定溫度二次儀表時(shí)參考端溫度補(bǔ)償?shù)奶幚?/h1>
2020-04-09 07:06:00
中國科技縱橫 2020年22期
（張家口市計(jì)量測(cè)試所，河北張家口 075000）
1.溫度二次儀表簡(jiǎn)介
溫度二次儀表是一種工業(yè)過程測(cè)量和控制儀表，在化學(xué)、石化和石油工業(yè)，發(fā)電、食品、紡織和造紙、冶金工業(yè)以及環(huán)境保護(hù)、空調(diào)設(shè)備等眾多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。與一次儀表不同的是二次儀表本身并不能單獨(dú)測(cè)量溫度，必須與溫度傳感器相配、接受其信號(hào)才能測(cè)量溫度[1]。溫度二次儀表通常按輸出特征分類，可分為模擬儀表和數(shù)字儀表2大類，在這2大類儀表中均可按輸入信號(hào)的類型分為熱電偶輸入儀表、熱電阻輸入儀表和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入儀表[2]。二次儀表通常有溫度記錄儀、溫度顯示儀、溫度調(diào)節(jié)儀等。
溫度二次儀表屬于非電量電測(cè)儀表，無論是模擬儀表還是數(shù)字儀表均可以由以下幾部分構(gòu)成：測(cè)量電路、信號(hào)放大和處理單元、顯示單元和供電單元。具有控制作用的儀表還應(yīng)有設(shè)定、比較單元和控制模式單元。測(cè)量電路將輸入的溫度傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的信號(hào)，并按顯示單元的要求必須將此信號(hào)進(jìn)行放大和處理，最后以儀表的顯示方式給出被測(cè)溫度值。一般實(shí)際工作中，我們見到的溫度二次儀表，都是配熱電偶或者熱電阻等溫度傳感器，輔以相應(yīng)的執(zhí)行、處理機(jī)構(gòu)組成溫度控制系統(tǒng)，接受可識(shí)別的信號(hào)就可以測(cè)量、顯示溫度。
2.配熱電阻溫度二次儀表的檢定
檢定溫度二次儀表時(shí)，首先應(yīng)該分清該被檢儀表是什么類型的儀表，如果是配熱電阻或電阻型傳感器使用的儀表，檢定時(shí)所用的標(biāo)準(zhǔn)器和接線如圖1所示。
圖1 配三線制熱電阻
熱電阻與被檢儀表的連接方法通常采用三線制接法，即用三根導(dǎo)線將熱電阻和儀表連接起來。這種接法的優(yōu)點(diǎn)是：熱電阻引出的三根導(dǎo)線截面積和長度都相同，導(dǎo)線的電阻值就相同，把熱電阻的一根導(dǎo)線接到電源端，不會(huì)造成測(cè)量誤差，另兩根導(dǎo)線分別接在全等臂電橋的電路中，當(dāng)橋路平衡時(shí)，導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響，也消除了線路電阻因環(huán)境溫度變化帶來的測(cè)量誤差。采用三線制連接比二線連接時(shí)受環(huán)境的影響大為減少，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。
3.配熱電偶溫度二次儀表的檢定
用配熱電偶使用的溫度二次儀表測(cè)溫時(shí)，如果儀表不帶參考端溫度補(bǔ)償功能，一般要滿足參考端溫度恒定且為0℃的條件。在實(shí)際測(cè)量中，熱電偶的測(cè)量端通常置于被測(cè)溫度環(huán)境中，由于測(cè)量條件限制，參考端則大多置于室溫環(huán)境中。根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+E(tn,t0)，測(cè)溫回路中熱電勢(shì)的大小與測(cè)量端溫度和參考端溫度都有關(guān)系，雖然測(cè)量端溫度t沒有變化，但參考端溫度tn的變化會(huì)引起測(cè)溫回路熱電勢(shì)的變化：首先，參考端溫度tn的變化會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫回路中熱電勢(shì)不穩(wěn)定，其次當(dāng)tn不為0℃時(shí)，熱電勢(shì)E(tn,t0)被忽略，測(cè)量?jī)x表示值就不能準(zhǔn)確反映測(cè)量端溫度。我們用熱電偶測(cè)溫時(shí)，通常需要參考熱電偶分度表，查看不同分度熱電偶的毫伏值和溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而熱電偶分度表是以熱電偶參考端等于0℃為條件的，所以在熱電偶及其儀表使用時(shí)必須符合這一條件，也就是說用熱電偶及其儀表測(cè)溫時(shí)，必須使參考端溫度恒定且為0℃。然而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際測(cè)量中，可以用補(bǔ)償導(dǎo)線（主要起延長導(dǎo)線熱電極的作用）將熱電偶參考端延伸到離測(cè)量端較遠(yuǎn)、環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，再與二次儀表連接起來，以消除參考端溫度變化的影響。但是補(bǔ)償導(dǎo)線不能消除參考溫度不為零的影響，于是可以采用增加一個(gè)0℃恒溫器，或者采用熱電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)正、溫度補(bǔ)正等易于實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)于自帶參考端溫度補(bǔ)償功能的溫度二次儀表，使用起來比較簡(jiǎn)單，由于其自動(dòng)補(bǔ)償了熱電勢(shì)E(tn,t0)，故在室溫條件下就可以使用。
在檢定溫度二次儀表時(shí)，采用的原理是向其輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，比較二次儀表顯示值和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的大小，就可以得到誤差。配熱電偶使用的溫度二次儀表檢定時(shí)，根據(jù)其是否具有熱電偶參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，所用的接線方法和數(shù)據(jù)處理方法也不同。對(duì)于不具有熱電偶參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表，放置在室溫下，配熱電偶使用用于測(cè)溫時(shí)，其等效電路如圖2（b），根據(jù)熱電偶測(cè)溫定律：
其中 t—測(cè)量端溫度； tn—參考端溫度；而E表=EAB(t,tn)，所以最后數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要加參考端溫度對(duì)應(yīng)的毫伏值E(tn,0)，才是實(shí)際的測(cè)量結(jié)果。（E表—二次儀表顯示的電勢(shì)）檢定此類二次儀表時(shí)，接法相對(duì)簡(jiǎn)單，如圖2（a）。
圖2(a) 不具有熱電偶參考端自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表
圖2(b) 等效測(cè)溫電路
向被檢儀表輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)EAB(t,tn)，而由于此溫度二次儀表不具有參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，故：E表=EAB(t,tn)即二次儀表接收到的信號(hào)能正確反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器輸出的信號(hào)。對(duì)于具有參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表，儀表自帶參考端溫度的補(bǔ)償值E(tn,0)。該類二次儀表配熱電偶使用用于測(cè)溫時(shí)，等效電路如圖3（b），根據(jù)熱電偶測(cè)溫定律，有：E表=EAB(t,tn)+E(tn,0) 。
圖3(a) 具有熱電偶參考端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表
圖3(b) 等效測(cè)溫電路
最后儀表讀出的數(shù)值就是實(shí)際測(cè)量的溫度值。在檢定該類二次儀表時(shí)，假如接法如圖2（a），向二次儀表輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)EAB(t,tn)，得到：
即二次儀表不能準(zhǔn)確的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器輸出的信號(hào)。所以，必須想辦法抵消溫度補(bǔ)償E(tn,0)的影響，可以采取圖3（a）的接法，將補(bǔ)償導(dǎo)線的一端連接到二次儀表上，而另一端延伸至冰槽中，其等效電路如圖3（c），則：
圖3(c) 等效電路
這樣，二次儀表就能正確反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器的輸出了。
在實(shí)際的檢定工作中，檢定條件往往不能滿足上述接線要求，故對(duì)于具有參考端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表，通常需要減去溫度補(bǔ)償部分，才能如實(shí)的反應(yīng)實(shí)際值。隨著計(jì)量科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，檢定設(shè)備和檢定方法的更新和進(jìn)步，在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用多功能校驗(yàn)儀檢定溫度二次儀表。多功能校驗(yàn)儀可以輸出電壓、電流、電阻等信號(hào)，有的多功能校驗(yàn)儀還有參考端設(shè)置功能，有效的解決了參考端溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。
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圖1 配三線制熱電阻
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其中 t—測(cè)量端溫度； tn—參考端溫度；而E表=EAB(t,tn)，所以最后數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要加參考端溫度對(duì)應(yīng)的毫伏值E(tn,0)，才是實(shí)際的測(cè)量結(jié)果。（E表—二次儀表顯示的電勢(shì)）檢定此類二次儀表時(shí)，接法相對(duì)簡(jiǎn)單，如圖2（a）。
圖2(a) 不具有熱電偶參考端自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表
圖2(b) 等效測(cè)溫電路
向被檢儀表輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)EAB(t,tn)，而由于此溫度二次儀表不具有參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，故：E表=EAB(t,tn)即二次儀表接收到的信號(hào)能正確反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器輸出的信號(hào)。對(duì)于具有參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表，儀表自帶參考端溫度的補(bǔ)償值E(tn,0)。該類二次儀表配熱電偶使用用于測(cè)溫時(shí)，等效電路如圖3（b），根據(jù)熱電偶測(cè)溫定律，有：E表=EAB(t,tn)+E(tn,0) 。
圖3(a) 具有熱電偶參考端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表
圖3(b) 等效測(cè)溫電路
最后儀表讀出的數(shù)值就是實(shí)際測(cè)量的溫度值。在檢定該類二次儀表時(shí)，假如接法如圖2（a），向二次儀表輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)EAB(t,tn)，得到：
即二次儀表不能準(zhǔn)確的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器輸出的信號(hào)。所以，必須想辦法抵消溫度補(bǔ)償E(tn,0)的影響，可以采取圖3（a）的接法，將補(bǔ)償導(dǎo)線的一端連接到二次儀表上，而另一端延伸至冰槽中，其等效電路如圖3（c），則：
圖3(c) 等效電路
這樣，二次儀表就能正確反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器的輸出了。
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