溫度變送器測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定

劉佳

陜西省寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)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(cè)量元件和溫度測(cè)量元件的輸出信號(hào)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(hào)0-5V/0-10V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的信號(hào)，輸出RS485數(shù)字信號(hào)。一種將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)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(hào)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(cè)量和控制。電流變送器將主電路測(cè)量到的交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，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(hào)為Pt100，那么溫度電流變送器的作用是將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，輸入到儀表上，顯示溫度。

2 溫度變送器測(cè)量不確定度評(píng)定

測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)，直接比較其電流輸出值。

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

2.2 測(cè)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(cè)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(jí)誤差及分辨率。

（2）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表的等級(jí)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(jí)為0.05級(jí)，測(cè)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(jí)為0.02級(jí)，分辨率為0.01Ω。對(duì)應(yīng)100℃電阻值為138.50Ω，取k=30.5，則準(zhǔn)確度等級(jí)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(cè)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(chǎng)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(hào)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(cè)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(chǎng)檢測(cè)儀器更為常見。溫度變化的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)主要有0-10mA和4-20mA直流信號(hào)，也可選配顯示單元。直接顯示測(cè)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(duì)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(tái)檢測(cè)儀器數(shù)量少，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，校準(zhǔn)效率極低，檢測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不會(huì)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(cè)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(duì)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(zhǎng)期運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸條件的原因，可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。因此，必須加強(qiáng)相應(yīng)設(shè)備的檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)。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(dòng)的過程中，溫度計(jì)與溫度計(jì)會(huì)發(fā)生接觸，會(huì)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(duì)波動(dòng)會(huì)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(cè)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(cè)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(píng)定。在溫度評(píng)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(duì)不同的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)溫儀器，其測(cè)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(cè)試、有效的日常維護(hù)和合理的故障排除也是設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的保證。精確度和有效性的重要手段。