温度变送器校准热电阻导线误差

摘要:热电阻式温度变送器按照连接导线接入型式分为二线制、三线制和四线制。文章通过比对性试验，探讨不同线制下热电阻式温度变送器现场校准时:不同线制连接时误差引入的比较及来源;标准电阻箱与变送器的导线连接最佳型式;及温度变送器现场校准数据的结果判定。
　　热电阻式温度变送器的传感器为温度敏感元件，一般为Pt100，然后通过导线与变送模块相连。从热电阻测温原理可知，被测温度的变化是通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，与热电阻连接导线电阻的变化会给温度测量带来误差。为了消除导线电阻误差，满足测温的精度要求，温度变送器设计多种前置电路，所以就有了多种接线制的方法。
　　热电阻测量仪表(温度指示仪、温度变送器等)比较常见的前置电路有三线制电桥、四线制测量法和恒流源法等。导线引入误差可消除70%~90%。
1校准导线误差形式
　　热电阻式温度变送器的校准通过外接标准电阻箱作为温度变送器的输入信号。通过不同的接线形式，可以设计不同的形式以减少导线电阻引入的误差。如2线制时，可通过测量得到导线的阻值，然后在标准电阻箱选取阻值时减去导线阻值进行输入信号修正。因校准时试验环境稳定，环境温度变化引起的标准电阻箱和导线电阻的温.度变化引起的电阻波动可忽略。但是如上文所述，温度变送器在3/4线制时，前置电路对导线引入误差进行了修正。校准温度变送器时按照3/4线制接线，如仍按2线制时进行阻值修正，必然导致阻值修正过多。应考虑在温度变送器按3/4线制校准时，如何进行导线误差修正。
2校准试验设计
　　按照实验室间不同技术方法比对设计实验，对温度变送器按3/4线制方式(不进行导线修正)校准。以2线制校准，在对校准时接入导线修正时作为对照组，即2线制校准数据为标准参考值。按2线制连接标准电阻与温度变送器进行校准，则电阻模拟信号不进入变送器前置电路，即温度变送器不参与对连接导线的修正。此种情况下，通过测量连接导线电阻阻值人工在标准电阻箱减去相应阻值，对输入温度变送器输入热电阻模拟阻值进行修正。故修正后的2线制校准可以认为.是3/4线制校准的标准参考值。
实验具体程序:
(1)选取一台热电阻式温度变送器(仅变送部分，不含传感器)，0.2%级，可通过智能协议改变接线方式。
(2)选取标准电阻箱作为热电阻阻值模拟输入仪器。直流电阻箱:0.01~11111.11Ω,0.02.级。
(3)选取3组连接导线，每组4根，作为电阻箱连接导线。每组4根导线规格相同，阻值相同。3组导线阻值不同。
(4)按3/4线制接线方式连接标准电阻箱与温度变送器，按标准流程校准温度变送器。
(5)按2线制接线方式连接标准电阻箱与温度变送器，按修正后的阻值校准温度变送器。
　　为了表述清晰，相关数据简化，仅列出一个校准点的相关数据如表1所示。
 
3试验数据分析
　　依据CNASGL002:2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，定量结果统计量Z比分.数法对试验结果进行统计，计算及评判(指南中有多种评价方法，本文选取Z比分数法，选取原.因本文不作深入探讨)。
 
　　式中:X为参加者结果，本例为4线试验结果;Y为指定值，本例为2线试验结果;δ为能力评定标准差，本例通过温度变送器相关规范及厂家规格.书确定。0.2级温度变送器评定标准差为0.01。
　　通过式(1)，带入表1中数据，得到三线/四线试验Z比分数。其中Z4最大=0.61;Z3最大=0.67。
　　依据判定公式|Z|≤2“表明结果满意，无需采取进一步措施”。
　　由Z比分数法判定表明，温度变送器3/4线制导线直接校准结果与2线制修正后校准结果数据基本相当，具有相同结论，即314线导线连接方式下校准结果误差可忽略不计。同时由表1数据与实际理想实验结果12.000比较可知，3/4线制校准结果更加符合校准预期结果。2线制校准结果误差更大，具体原因为虽然在校准时修正了2根导线的阻值，此阻值修正仍存在较大误差，同时连接点阻值误差仍未修正。所以实际校准效果，2线制由于导线误差的引入，即使人工阻值修正，反而不如3/4线制直接校准的效果。当然在3/4线制直接校准时，连接点的连接误差仍然存在。
4结论
　　温度变送器校准时，热电阻接入导线的误差己通过变送器的修正模块加以修正。通过试验数据分析，接入导线消除误差后引入的误差及不确定度可忽略不计。在温度变送器校准时，可直接按3/4线制方式直接接入导线，然后按照实际的温度对应电阻值由标准电阻箱模拟输入电阻，而不需对标准电阻进行修正。为了校准的准确度及前置电路的特性要求，建议校准接入导线选取阻.值相同，且规格形式相同的导线。同时应尽量减少导线的数量，避免导线连接引入误差;亦即在3/4线制方式均可校准时，尽量按照3线制型式连接校准。