溫度變送器校準熱電阻導線誤差

摘要:熱電阻式溫度變送器按照連接導線接入型式分為二線制、三線制和四線制。文章通過比對性試驗，探討不同線制下熱電阻式溫度變送器現場校準時:不同線制連接時誤差引入的比較及來源;標準電阻箱與變送器的導線連接最佳型式;及溫度變送器現場校準數據的結果判定。
　　熱電阻式溫度變送器的傳感器為溫度敏感元件，一般為Pt100，然后通過導線與變送模塊相連。從熱電阻測溫原理可知，被測溫度的變化是通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，與熱電阻連接導線電阻的變化會給溫度測量帶來誤差。為了消除導線電阻誤差，滿足測溫的精度要求，溫度變送器設計多種前置電路，所以就有了多種接線制的方法。
　　熱電阻測量儀表(溫度指示儀、溫度變送器等)比較常見的前置電路有三線制電橋、四線制測量法和恒流源法等。導線引入誤差可消除70%~90%。
1校準導線誤差形式
　　熱電阻式溫度變送器的校準通過外接標準電阻箱作為溫度變送器的輸入信號。通過不同的接線形式，可以設計不同的形式以減少導線電阻引入的誤差。如2線制時，可通過測量得到導線的阻值，然后在標準電阻箱選取阻值時減去導線阻值進行輸入信號修正。因校準時試驗環境穩定，環境溫度變化引起的標準電阻箱和導線電阻的溫.度變化引起的電阻波動可忽略。但是如上文所述，溫度變送器在3/4線制時，前置電路對導線引入誤差進行了修正。校準溫度變送器時按照3/4線制接線，如仍按2線制時進行阻值修正，必然導致阻值修正過多。應考慮在溫度變送器按3/4線制校準時，如何進行導線誤差修正。
2校準試驗設計
　　按照實驗室間不同技術方法比對設計實驗，對溫度變送器按3/4線制方式(不進行導線修正)校準。以2線制校準，在對校準時接入導線修正時作為對照組，即2線制校準數據為標準參考值。按2線制連接標準電阻與溫度變送器進行校準，則電阻模擬信號不進入變送器前置電路，即溫度變送器不參與對連接導線的修正。此種情況下，通過測量連接導線電阻阻值人工在標準電阻箱減去相應阻值，對輸入溫度變送器輸入熱電阻模擬阻值進行修正。故修正后的2線制校準可以認為.是3/4線制校準的標準參考值。
實驗具體程序:
(1)選取一臺熱電阻式溫度變送器(僅變送部分，不含傳感器)，0.2%級，可通過智能協議改變接線方式。
(2)選取標準電阻箱作為熱電阻阻值模擬輸入儀器。直流電阻箱:0.01~11111.11Ω,0.02.級。
(3)選取3組連接導線，每組4根，作為電阻箱連接導線。每組4根導線規格相同，阻值相同。3組導線阻值不同。
(4)按3/4線制接線方式連接標準電阻箱與溫度變送器，按標準流程校準溫度變送器。
(5)按2線制接線方式連接標準電阻箱與溫度變送器，按修正后的阻值校準溫度變送器。
　　為了表述清晰，相關數據簡化，僅列出一個校準點的相關數據如表1所示。
 
3試驗數據分析
　　依據CNASGL002:2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》，定量結果統計量Z比分.數法對試驗結果進行統計，計算及評判(指南中有多種評價方法，本文選取Z比分數法，選取原.因本文不作深入探討)。
 
　　式中:X為參加者結果，本例為4線試驗結果;Y為指定值，本例為2線試驗結果;δ為能力評定標準差，本例通過溫度變送器相關規范及廠家規格.書確定。0.2級溫度變送器評定標準差為0.01。
　　通過式(1)，帶入表1中數據，得到三線/四線試驗Z比分數。其中Z4最大=0.61;Z3最大=0.67。
　　依據判定公式|Z|≤2“表明結果滿意，無需采取進一步措施”。
　　由Z比分數法判定表明，溫度變送器3/4線制導線直接校準結果與2線制修正后校準結果數據基本相當，具有相同結論，即314線導線連接方式下校準結果誤差可忽略不計。同時由表1數據與實際理想實驗結果12.000比較可知，3/4線制校準結果更加符合校準預期結果。2線制校準結果誤差更大，具體原因為雖然在校準時修正了2根導線的阻值，此阻值修正仍存在較大誤差，同時連接點阻值誤差仍未修正。所以實際校準效果，2線制由于導線誤差的引入，即使人工阻值修正，反而不如3/4線制直接校準的效果。當然在3/4線制直接校準時，連接點的連接誤差仍然存在。
4結論
　　溫度變送器校準時，熱電阻接入導線的誤差己通過變送器的修正模塊加以修正。通過試驗數據分析，接入導線消除誤差后引入的誤差及不確定度可忽略不計。在溫度變送器校準時，可直接按3/4線制方式直接接入導線，然后按照實際的溫度對應電阻值由標準電阻箱模擬輸入電阻，而不需對標準電阻進行修正。為了校準的準確度及前置電路的特性要求，建議校準接入導線選取阻.值相同，且規格形式相同的導線。同時應盡量減少導線的數量，避免導線連接引入誤差;亦即在3/4線制方式均可校準時，盡量按照3線制型式連接校準。