鉑電阻式溫度變送器測量不確定度的評定

摘要:熱電阻是科研、工業生產中常用的測溫元件,盡管結構簡單,使用中仍然會產生較大測量誤差.對鉑電阻式溫度變送器測溫精度進行分析,掌握誤差產生的原因，通過數學建模對測量不確定度進行估算，從而正確把握引起測溫誤差的主要因素.同時對熱電阻測溫元件特性的分析,采取相應的措施,來避免和減小一些誤差,這對提高熱電阻變送器測溫精度,保證生產質量,延長使用壽命有一定的幫助.
生產與自動控制過程中有一個非常重要的熱工參數一溫度.由于它在測量過程中存在滯后性,因此難以正確測量,并且對于生產要求比較高的場合,測:溫精度的高低將直接影響著生產質量的高低.通過對影響溫度變送器測量因素的分析,以此來確定其測量不確定度,這對提高其測溫精度很有幫助意義.
1溫度變送器的工作原理
      變送器在結構上分為測量部分和放大部分,如圖1所示.

      其工作原理是檢測元件(熱電偶、熱電阻)把被測溫度(非電量)轉換為變送器的輸入信號(電阻或.電勢),經輸入回路變換成直流亳伏信號,再經過放大器、反饋電路等轉換成為4~20mA直流標準電信號".
2校驗系統的組成和要求
2.1校驗系統的組成
      帶電阻式傳感器的溫度變送器校驗系統是由恒溫油槽(0℃~300℃)、工業鉑電阻(Pt100)、溫度變送器、Const273儀表、二等標準鉑電阻等組成4.
2.2校驗系統的要求
(1)計量特性.帶傳感器的變送器允許誤差由兩部分組成:熱電阻的允差和信號轉換器允差,是兩者絕對值之和;對于絕緣電阻,輸入輸出端子短接與外殼之間不小于20M0,輸入和輸出端子之間不小于20MQ;電源端子與外殼之間不小于50MQ0,輸入輸出端子短接與電源之間不小于20M0B.
(2)校準條件.環境溫度159C~35%C;相對濕度<85%RH;交流供電的變送器,其電壓變化不超過額定值的+1%.
(3)校準項目.測量誤差、絕緣電阻的測量.
2.3校準方法
(1)帶傳感器的變送器將傳感器插入溫度源(恒溫槽或熱電檢定爐)中,并盡可能靠近標準溫度計.變送器校準時與標準器及配套設備的連接如圖2.
(2)預熱時間應按照供應商產品說明手冊中規定進行,一般為15min.
(3)帶傳感器的變送器可以在斷開傳感器的情況下對信號轉換器單獨進行.上述調整.

3影響熱電阻校驗測量不確定度的因素
(1)根據要求,校準使用的標準器,應采用二等標準鉑電阻溫度計,由于標準器存在復現性、穩定性以及自熱等影響,會對測量精度產生影響4.
(2)在校驗過程中,應根據測試要求對測量數據進行三次循環測量,這必然會帶來重復性誤差,其影響程度還取決于電測儀表的精度.
(3)測試過程中,電測設備本身的測量精度對測量結果的影響,采用不同分辯率的儀表對測量結果的影響也不同.
(4)油槽為溫度變送器校驗系統提供不恒定溫場,其性能的優劣直接決定自動檢測系統的測量不確定度.
(5)熱電阻在檢測過程中必然產生自熱現象,這與它的工作原理有關.而自熱產生的溫度變化也是不確定度的一個因素之一.
4.實例分析
      依據《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007)對溫度變送器進行校驗.校準用標準器采用二等標準鉑電阻溫度計.
4.1數學模型與靈敏系數

4.2測量結果的不確定度評定
4.2.1輸入量的標準不確定度u(I.)的評定
4.2.1.1輸出電流重復性導致的不確定度u(La)
     選取量程0~300℃、精度0.2級的鉑電阻溫度變送器在100℃進行檢測，數據如表1所示.
     校準方法采取在同一恒溫油槽進行比較,測量數據采取極差法進行評定可.


4.4擴展不確定度的評定
       依據《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007),對溫度變送器進行校驗,一般k=2,則
Uk_z=ku.(AI)=2x0.0106=0.02(mA).
5結論
       通過實例分析，使用二等鉑電阻標準裝置對溫度變送器進行校驗時，如果使用的電測儀表為Const273(分辨力為0.1μA),對測試數據進行建模分析，可以得到影響測量不確定度的主要因素來自重復性誤差和電測儀表的精度.并且依據《溫度變送器校準規范》(JJF1183-2007),對0.2級溫度變送器進行校驗,其允差為+0.032mA,符合規程要求.