溫度變送器現(xiàn)場檢定經(jīng)驗(yàn)探析

于愛水

東營市計(jì)量測試檢定所 山東東營 257091

溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表，溫度變送器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，其具有高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不受外界環(huán)境干擾等性能[1]。本文通過分析溫度變送器的工作原理與分類，提出了影響溫度變送器測量誤差的主要因素，并針對誤差值不確定性的評定方法進(jìn)行探討。以期通過本文的闡述為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考，同時(shí)也為更好地解決變送器溫度附加誤差提供理論依據(jù)。

1 熱電阻溫度變送器

熱電阻測溫是根據(jù)檢測導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度的變化而變化來測量溫度的。在使用中熱電阻一般安裝在現(xiàn)場，電阻值通過輸出引線連接到中央控制室來進(jìn)行溫度監(jiān)控。由于現(xiàn)場和中央控制室一般距離較遠(yuǎn)，所以需要對連接導(dǎo)線的電阻值予以修正。同時(shí)，由于冬夏季溫差較大，修正值也不相同[2]。這對于需要遠(yuǎn)傳的要求準(zhǔn)確測溫的現(xiàn)場溫度測量來說很不方便，所以化工企業(yè)一般使用將電動溫度變送器和熱電阻裝配到一起的熱電阻溫度變送器儀表來進(jìn)行現(xiàn)場溫度檢測。該儀表將現(xiàn)場熱電阻測量的電阻值就地轉(zhuǎn)換成（4-20）mA的電流信號進(jìn)行傳輸，以避免由于導(dǎo)線壓降和導(dǎo)線阻值帶來的測量誤差，給使用帶來很大的方便。

2 溫度變送器現(xiàn)場檢定經(jīng)驗(yàn)

2.1 溫度變送器檢定辦法

熱電阻溫度變送器一種整體裝置，可以對熱電阻以及溫度變送器分別進(jìn)行檢定，從而滿足現(xiàn)場使用精度要求，也可把熱電阻溫度變送器整體進(jìn)行校準(zhǔn)?？蛇x用一支標(biāo)準(zhǔn)熱電阻元件，溫度測量量程0-100℃，再采用溫度變送器實(shí)現(xiàn)與熱電阻元件的匹配，再配置溫度為20-300℃的恒溫場和冰點(diǎn)槽。對溫度變送器和熱電阻分別進(jìn)行檢定，之后進(jìn)行安全裝合后投入到溫度場內(nèi)，之后把獲取到的測量值與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較[3]。然后，對熱電阻溫度變送器實(shí)現(xiàn)全面的校驗(yàn)。把溫度測量儀表存入標(biāo)準(zhǔn)溫度場內(nèi)，利用熱電阻元件來對溫度場具體溫度進(jìn)行測量，變送器裝置會把電阻數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號，對輸出電流信號進(jìn)行測量，換其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值，并與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)顯示的數(shù)值進(jìn)行比較，從而檢定熱電阻以及溫度變送器，A級的鉑熱電阻可測量20-100度區(qū)間，誤差為±（0.15+0.002）。當(dāng)溫度為0時(shí)的電阻值為100.1度，100度時(shí)電阻值為138.71度，α為0.00386，熱電阻檢定結(jié)果可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)需求。0.5級溫度變送器，可以測量0-100度的溫度區(qū)間，誤差為±0.5%，溫度變送器檢定結(jié)果可以達(dá)到性能指標(biāo)需求。把兩者組裝之后存放到標(biāo)準(zhǔn)溫度場內(nèi)，把測量溫度與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行比較，溫度變送器檢定數(shù)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，如果單對溫度變送器以及熱電阻進(jìn)行檢定，組合裝配使用之后溫場測量和標(biāo)準(zhǔn)溫度有著較大的差別，進(jìn)行全面校驗(yàn)后測量數(shù)據(jù)和溫度場真實(shí)溫度較為相近，為熱電阻溫度變送器整體校準(zhǔn)創(chuàng)造了前提，必須保證溫度變送器和熱電阻滿足儀表技術(shù)需求。

2.2 校準(zhǔn)裝置的構(gòu)建

按照上述要求構(gòu)建校準(zhǔn)裝置。首先設(shè)備必須滿足測量范圍和準(zhǔn)確度要求，其次整套裝置要能夠承受長途貨運(yùn)顛簸，裝卸沖擊和倒置等一些未知因素的影響。按照技術(shù)要求，變送器的溫度最大允許誤差為0.15℃。在本所實(shí)驗(yàn)室中我們大都使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置來進(jìn)行校準(zhǔn)，裝置的測量水平滿足校準(zhǔn)的要求。但是由于校準(zhǔn)地點(diǎn)在企業(yè)現(xiàn)場，受設(shè)備運(yùn)輸和安全檢查以及校準(zhǔn)工作效率等因素制約，只能使用便于運(yùn)輸且無移動部件的干井爐。在實(shí)驗(yàn)室中嘗試使用干井爐AMETECK140B和FLUKE9171，配合相應(yīng)的鉑電阻數(shù)字溫度計(jì)構(gòu)成校準(zhǔn)系統(tǒng)。這兩臺設(shè)備溫度范圍覆蓋-10-50℃，通過不確定度分析發(fā)現(xiàn)干井爐構(gòu)成的校準(zhǔn)裝置的測量不確定度U=0.05℃（k=2），基本能夠滿足要求。為驗(yàn)證方案是否可行，在實(shí)驗(yàn)室中將一臺同型號的溫度變送器分別在恒溫液槽和兩臺配標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的干井爐裝置中進(jìn)行了實(shí)際比較。在-15-80℃范圍內(nèi)，其三者的最大差值僅為0.03℃?？梢姶搜b置技術(shù)可行。為保險(xiǎn)起見，我們特配備另外一支已校準(zhǔn)的鉑電阻作為核查標(biāo)準(zhǔn)，并攜帶了一臺BEAMEXMC5，作為備用的24V以及核查和校驗(yàn)之用。每次出發(fā)前和返回后這些鉑電阻溫度計(jì)、干井爐、電測設(shè)備都要進(jìn)行校準(zhǔn)以檢查在外出的校準(zhǔn)中是否出現(xiàn)異常。

2.3 溫度變送器整體校驗(yàn)要求

鉑電阻與變送器接線方式有二線制、三線制和四線制。二線制電阻配線較為便捷，但引線電阻會帶來附加誤差。對精度測量要求較高時(shí)，需要有用四線制方式，可以避免內(nèi)部引線電阻形成的誤差，也可以消除連接誤差。當(dāng)前，沒有頒布整體校驗(yàn)熱電阻溫度變送器的檢定規(guī)范，為了保證溫度變送器可以按著規(guī)定進(jìn)行檢定，應(yīng)該編制檢定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，明確適用的目的和范圍，對校準(zhǔn)條件和技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)定，對校準(zhǔn)的具體項(xiàng)目、辦法和流程做出說明，并對如何實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理確定描述[4]。在對熱電阻溫度變送器存在的故障進(jìn)行檢查，應(yīng)該對變送器部分和熱電阻部分進(jìn)行系統(tǒng)、全面地檢查。如果存在故障，需要更換相應(yīng)元件進(jìn)行更換，或者重新進(jìn)行裝配合后再進(jìn)行調(diào)試，滿足使用要求后再次進(jìn)行檢定。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對溫度變送器測量結(jié)果的誤差評定計(jì)算方法的研究，可以較準(zhǔn)確地確定具體規(guī)格變送器的溫度附加誤差，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考，也為更好地解決變送器溫度附加誤差提供了依據(jù)。