在线温度变送器(配热电阻)的校准方法研究

　　根据JJF1183--2007《温度变送器校准规范》,对其校准方法进行了研究与试验，并对测量结果进行了不确定度评定，确认其可靠性与准确性。校准系统的组成和功能。
1测量环境
　　温度:(20±5)℃;相对湿度:45%~75%。
2.测量对象
　　配热电阻温度变送器，分度号为Pt100,测量范围为0~200℃,输出范围为(4~20)mA,精度等级为0.5级。
 
3.标准器及其他设备
　　0.01级直流电阻箱ZX74，其主要技术指标如表1所示。西门子CPU模块315-2DP及西门子编程软件STEP7V5.5。西门子模拟量输人模块SM331,AI8x12位。
4.测量原理
　　温度变送器主要由传感单元和信号转化器组成。其中，传感单元连接0.01级直流电阻箱，信号转化器连接西门子模拟量输人模块SM331,根据温度与电流的线性关系,通过PLC通信至上位机,然后由STEP7编程软件将(4~20)mA的电流信号转化为变送器的测量范围0~200℃实时显示测得的温度,并与标准温度作比较,得到测量结果。
5.测量方法.
　　从0℃开始逐步增大输人信号，分别给变送器输人各被检点温度所对应的电阻值，读取上位机相应的显示值，直至200℃。然后减小输入信号,分别给变送器输人各被检点温度所对应的电阻值，读取上位机相应的指示值，直至0℃。
6.测量过程
　　根据JJF1183--2007,校准点的选择应按量程均匀分布，一般应包括上限值、下限值和量程50%附近在内不少于5个点。所以，校准点选为0℃、50℃、100℃、150℃、200℃。如此作为一个循环，以三个循环测量的平均值计算输出误差,作为测量结果。在到达测量点时，信号的输入应尽量缓慢,避免过冲。
二、测量模型.
1.测量模型
　　假设被测点对应的实际温度值为1，被测点温度的标称值为tn，则被测点温度值的误差可表示为：
 
　　式中:Rn---直流电阻箱输出的标准电阻值，Ω;R100---0℃时，Pt100对应的电阻值，100Ω;α---常数,0.385Ω/℃。
2.方差和灵敏系数
　　由式(1)可以得到式(2)、式(3)和式(4)。
方差:
 
三、不确定度来源分析与评定
1温度变送器输出值引入的不确定度分量u(tx)
　　采用A类方法评定变送器输出值引人的不确定度分量u1(tx)。取变送器上限点200℃,由直流电阻箱输出相应的标称电阻值175.86Ω，进行10次重复测量，具体数据(单位:℃)分别为199.8463、199.8477、199.8541、199.8530、199.8551、199.8588、199.8607、199.8625、199.8604、199.8529。
 
　　实际测量时，上升、下降两个行程，每个行程测量3次，总共测量6次。以6次测量的平均值作为测量结果，则可以得到:
 
　　用相同的方法，在温度变送器0℃、50℃、100℃、150℃四个点得到相应的u(tx)分别为0.0015℃、0.0016℃、0.0019℃、0.0021℃。
　　上位机温度显示的分辨力为0.00019℃,分辨力所引人的不确定度分量远小于重复性引人的不确定度分量,所以.不考虑分辨引入的不确定度。
2.直流电阻箱引入的不确定度分量u(Rn)
　　采用B类方法评定直流电阻箱引人的不确定度分量u(Rn),由表1可知,ZX74直流电阻箱在0~200℃的最大允许误差为+0.04°C,按均匀分布考虑,包含因子k=√3,则
 
　　得出直流电阻箱引起的不确定度分量u(Rn)在变送器0℃、50℃、100℃、150℃、200℃五个点均为0.023℃。
3.合成标准不确定度的评定
　　由式(2)可以计算出变送器各温度点的不确定度uc，如表2所示。.
4.扩展不确定度的评定
　　根据U=kuc,取k=2,得到温度变送器(配热电阻)输出值误差的测量结果不确定度报告，如表3所示。
 
四、结语
　　由计算结果可以看出，用直流电阻箱校准上位机直接显示的温度变送器(配热电阻)测量结果中，直流电阻箱的最大允许误差是该方法不确定度的主要来源。精度等级为0.5级,测量范围为0~200℃的温度变送器最大允许误差为±1C,而测量结果的不确定度为0.12℃,小于最大允许误差绝对值的1/3,满足要求。