一体化温度变送器不同方法校准的影响因素

摘要:测量不确定度是与测量结果关联的1个参数,用于表征合理赋予被测量值的分散性,正确理解、评定和表述测量不确定度十分重要。依据JJF1183-2007《温度变送器校准规范》和JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》,对可拆卸式一体化温度传感器(电阻信号)进行不同方式校准(单独校准和整体校准),并对其校准结果进行不确定度影响因素分析。
1概述
　　温度在测试中极其重要,温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表,温度变送器分为带传感器和不带传感器2种。现在各试验测试中的采集系统、控制系统均以电流、电压信号为主。在实际测试工作中,为了采集更加方便、准确,需配置与之前端传感器相应分度号和量程的变送器来进行信号的变送输出。目前由传感器与变送器配套组合而成使用的相对较多,现阶段校准均对其传感器和变送器单独进行校准,从校准数据来看,有些传感器送器偏差较大，用户在配套使用时会存在误差叠加或抵消现象。对可拆卸式一体化温度传感器(电阻信号)进行不同方式校准(单独校准和整体校准),并对其校准结果进行不确定度影响因素分析，从而得出最佳的校准方法。
1.1校准对象、条件
　　在环境温度:(20±5)℃,相对湿度:45%~75%，周围除地磁场外。以902820/11型铂电阻测量-50℃~100℃、707031型温度变送器测量-50℃~100℃输出4~20mA,以校准100℃对应输出20mA为例,以不同方式进行校准,对其测量结果进行不确定度影响因素分析。.
1.2校准方法
1)单独校准:检定铂电阻时,将被检铂电阻与标准铂电阻一同放人恒温槽中,读取各自输出的电阻值;校准温度变送器时,将模拟的标准铂电阻信号输人至变送器,通过变送输出,用标准信号源测量其变送输出电流值。
2)整体校准:将被检铂电阻输出信号线连接至变送器上，与标准铂电阻一同放入恒温槽中,读取标准铂电阻的电阻值,变送器的变送输出电流值。
1.3测量标准
1)WZPB-9型二等标准铂电阻温度计:(dR/dt)1000.37928Ω/9℃、复现性±5mK、周期稳定性±10mK。
2)1560型堆栈式测温仪:标准电阻测量±(0.002%RDG.+0.0005Ω)、被检电阻测量±(0.004%RDG+0.001Ω)。
3)Microcal200型多功能校验仪:电流测量±(0.02%RDG+0.4μA)、Pt100输出±(0.02%RDG+0.05℃),
4)7321型恒温槽:均匀性≤0.01℃、温度波动≤±0.02℃/10min。
1.4测量数据
　　标准电阻平均值为35.3520、被检电阻平均值为138.2610Ω、单独校准方法测量电流值平均值为20.003mA、整体校准方法测量电流值平均值为19.936mA。
2数学模型
　　单独校准和整体校准测量模型详见JJF1183-2007《温度变送器校准规范》和JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》。
3影响因素分析
3.1单独校准
3.1.1铂电阻检定影响因素的不确定度分析
　　凡由重复性误差引人分量的都采用A类评定方法进行评定,其他分量引入的都采用B类评定方法进行评定,按均匀分布考虑,包含因子k=√3(以下全同)。
1)输入量△th引人的标准不确定度分量u(△th)。输人量u(△th)引入的标准不确定度分量主要来源于被检铂电阻重复性误差、恒温槽插孔之间的温差、电测设备和电测设备自热效应引人的误差。各分量为:被检铂电阻重复性误差约为0.0039C,恒温槽插孔之间的温差约为0.012℃,电测设备约为0.009℃,电测设备自热约为0.002℃。由于各分量彼此相互独立,因此u(△th)引入的不确定度分量约为0.015℃。
2)输入量u(△t*h)引入的标准不确定度分量u(△t*h)。输入量u(△i,)引人的标准不确定度分量主要来源于标准铂电阻复现性、标准铂电阻周期稳定性、自热效应和电测设备。各分量为:标准铂电阻复现性约为0.003℃，标准铂电阻周期稳定性约为0.006℃,恒温槽自热效应约为0℃(100℃时其处于较高温度,自热影响可以忽略不计),电测设备约为0.002C。由于各分量彼此相互独立,因此u(△t*h)引人的不确定度分量约为0.007℃。
3)合成标准不确定度。输人量△th和△t*h相互之间彼此独立，可得合成标准不确定度约为0.017℃。
从上述分量可看出铂电阻检定主要误差来源于恒温槽插孔之间的温差。
3.1.2温度变送器校准影响因素的不确定度分析
1)输入量Ad引人的标准不确定度分量u(Ad)。输人量u(Ad)引人的标准不确定度分量主要来源于被校变送器电流测量的重复性和温度校验仪的测量误差。各分量为:电流测量重复性约为0.0003mA,温度校验仪测量误差约为0.0025mA。由于各分量彼此相互独立,因此u(Ad)引人的不确定度分量约为0.0025mA。
2)输入量ts引人的标准不确定度分量u(ts)。输人量引人的标准不确定度分量主要来源于温度校验仪输出误差和专用连接导线误差。各分量为:温度校验仪输出误差约为0.04℃，专用连接导线约为0.043℃。由于各分量彼此相互独立，因此u(ts)引人的不确定度分量约为0.06℃。
3)合成标准不确定度。输人量Ad和ts相互之间彼此独立,可得合成标准不确定度约为0.0069mA。
　　从上述各分量可看出变送器校准主要误差来源于连接
导线。.
　　根据上述单独校准不确定度分析可知:铂电阻合成标准不确定度为0.017℃，温度变送器合成标准不确定度为0.0069mA约为0.065℃,用△At=实表示单独校准的合成误差，则:△At=实≈0.067℃。
3.2整体校准
1)输人量u(`Ad)引人的标准不确定度分量主要来源于被校变送器电流测量的重复性和温度校验仪的测量误差。各分量为:电流测量重复性约为0.0003mA,温度校验仪测量误差约为0.0025mA。由于各分量彼此相互独立,因此u(`Ad)引人的不确定度分量约为0.0025mA。
2)输人量`i引人的标准不确定度分量主要来源于恒温槽插孔之间的温差、标准铂电阻复现性、标准铂电阻周期稳定性、电测设备、电测设备自热、恒温槽自热效应和专用连接导线。各分量为:恒温槽插孔之间约为0.012℃,标准铂电阻复现性约为0.003℃,标准铂电阻周期稳定性约为0.006℃,电测设备:约为0.002℃,恒温槽自热效应约为0℃,电测设备自热约为0.002℃,专用连接导线约为0℃(被检输出信号线直接连接至输人信号端钮上,故不存在连接导线误差)。由于各分量彼此相互独立，因此u(t)引入的不确定度分量约为0.024℃。
3)输人量`Ad和`t相互之间彼此独立,可得合成标准不确定度分量约为0.0036mA。
从上述分量可看出一体化变送器校准主要误差来源于恒温槽插孔之间的温差。根据上述整体校准不确定度分析可知:整体合成标准不确定度为0.0036mA,约为0.034℃,用△At=实表示整体校准的合成误差，则:△At=实=uc(△At)≈0.034℃。
　　根据对2种校准方式的不确定度分析,从校准结果可看出整体校准方式的结果略优于单独校准结果,但两者的校准结果均满足其精度等级。
4结语
1)通过对其校准结果影响因素进行不确定度分析和评定可看出其2种校准方式均可行。
2)从时间成本、计算复杂程度、油槽温度限制(油槽最高.温度300℃)等方面考虑,可优先选择单独校准方式。
3)如测量结果介于两相邻精度等级之间,则应采取整体校准方法进行验证。
4)通过实验验证比较,在校准过程中使用的连接导线应尽量使用同一根铜导线(不超过1m)截取成3、4段进行连接,减小其带来的误差。