铂电阻式温度变送器测量不确定度的评定

摘要:热电阻是科研、工业生产中常用的测温元件,尽管结构简单,使用中仍然会产生较大测量误差.对铂电阻式温度变送器测温精度进行分析,掌握误差产生的原因，通过数学建模对测量不确定度进行估算，从而正确把握引起测温误差的主要因素.同时对热电阻测温元件特性的分析,采取相应的措施,来避免和减小一些误差,这对提高热电阻变送器测温精度,保证生产质量,延长使用寿命有一定的帮助.
生产与自动控制过程中有一个非常重要的热工参数一温度.由于它在测量过程中存在滞后性,因此难以正确测量,并且对于生产要求比较高的场合,测:温精度的高低将直接影响着生产质量的高低.通过对影响温度变送器测量因素的分析,以此来确定其测量不确定度,这对提高其测温精度很有帮助意义.
1温度变送器的工作原理
      变送器在结构上分为测量部分和放大部分,如图1所示.

      其工作原理是检测元件(热电偶、热电阻)把被测温度(非电量)转换为变送器的输入信号(电阻或.电势),经输入回路变换成直流亳伏信号,再经过放大器、反馈电路等转换成为4~20mA直流标准电信号".
2校验系统的组成和要求
2.1校验系统的组成
      带电阻式传感器的温度变送器校验系统是由恒温油槽(0℃~300℃)、工业铂电阻(Pt100)、温度变送器、Const273仪表、二等标准铂电阻等组成4.
2.2校验系统的要求
(1)计量特性.带传感器的变送器允许误差由两部分组成:热电阻的允差和信号转换器允差,是两者绝对值之和;对于绝缘电阻,输入输出端子短接与外壳之间不小于20M0,输入和输出端子之间不小于20MQ;电源端子与外壳之间不小于50MQ0,输入输出端子短接与电源之间不小于20M0B.
(2)校准条件.环境温度159C~35%C;相对湿度<85%RH;交流供电的变送器,其电压变化不超过额定值的+1%.
(3)校准项目.测量误差、绝缘电阻的测量.
2.3校准方法
(1)带传感器的变送器将传感器插入温度源(恒温槽或热电检定炉)中,并尽可能靠近标准温度计.变送器校准时与标准器及配套设备的连接如图2.
(2)预热时间应按照供应商产品说明手册中规定进行,一般为15min.
(3)带传感器的变送器可以在断开传感器的情况下对信号转换器单独进行.上述调整.

3影响热电阻校验测量不确定度的因素
(1)根据要求,校准使用的标准器,应采用二等标准铂电阻温度计,由于标准器存在复现性、稳定性以及自热等影响,会对测量精度产生影响4.
(2)在校验过程中,应根据测试要求对测量数据进行三次循环测量,这必然会带来重复性误差,其影响程度还取决于电测仪表的精度.
(3)测试过程中,电测设备本身的测量精度对测量结果的影响,采用不同分辩率的仪表对测量结果的影响也不同.
(4)油槽为温度变送器校验系统提供不恒定温场,其性能的优劣直接决定自动检测系统的测量不确定度.
(5)热电阻在检测过程中必然产生自热现象,这与它的工作原理有关.而自热产生的温度变化也是不确定度的一个因素之一.
4.实例分析
      依据《温度变送器校准规范》(JJF1183-2007)对温度变送器进行校验.校准用标准器采用二等标准铂电阻温度计.
4.1数学模型与灵敏系数

4.2测量结果的不确定度评定
4.2.1输入量的标准不确定度u(I.)的评定
4.2.1.1输出电流重复性导致的不确定度u(La)
     选取量程0~300℃、精度0.2级的铂电阻温度变送器在100℃进行检测，数据如表1所示.
     校准方法采取在同一恒温油槽进行比较,测量数据采取极差法进行评定可.


4.4扩展不确定度的评定
       依据《温度变送器校准规范》(JJF1183-2007),对温度变送器进行校验,一般k=2,则
Uk_z=ku.(AI)=2x0.0106=0.02(mA).
5结论
       通过实例分析，使用二等铂电阻标准装置对温度变送器进行校验时，如果使用的电测仪表为Const273(分辨力为0.1μA),对测试数据进行建模分析，可以得到影响测量不确定度的主要因素来自重复性误差和电测仪表的精度.并且依据《温度变送器校准规范》(JJF1183-2007),对0.2级温度变送器进行校验,其允差为+0.032mA,符合规程要求.