摘要:測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果關(guān)聯(lián)的1個(gè)參數(shù)，用于表征合理賦予被測(cè)量值的分散性，正確理解、評(píng)定和表述測(cè)量不確定度十分重要。依據(jù)JJF1183－2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229－2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》，對(duì)可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號(hào))進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單好校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn))，并對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。
1概述
溫度在測(cè)試中極其重要，一體化溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表，溫度變送器分為帶傳感器和不帶傳感器2種。現(xiàn)在各試驗(yàn)測(cè)試中的采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)均以電流、電壓信號(hào)為主。在實(shí)際測(cè)試工作中，為了采集更加方便、準(zhǔn)確，需配置與之前端傳感器相應(yīng)分度號(hào)和量程的變送器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的變送輸出。目前由傳感器與變送器配套組合而成使用的相對(duì)較多，現(xiàn)階段校準(zhǔn)均對(duì)其傳感器和變送器單好進(jìn)行校準(zhǔn)，從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)看，有些傳感器送器偏差較大，用戶在配套使用時(shí)會(huì)存在誤差疊加或抵消現(xiàn)象。本文對(duì)可拆卸式一體化溫度傳感器(電阻信號(hào))進(jìn)行不同方式校準(zhǔn)(單好校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn))，并對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析，從而得出#佳的校準(zhǔn)方法。
1.1校準(zhǔn)對(duì)象、條件
在環(huán)境溫度:(20±5)℃，相對(duì)濕度:45%～75%，周圍除地磁場(chǎng)外。以902820/11型鉑電阻測(cè)量－50℃～100℃、707031型溫度變送器測(cè)量－50℃～100℃輸出4～20mA，以校準(zhǔn)100℃對(duì)應(yīng)輸出20mA為例，以不同方式進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度影響因素分析。
1.2校準(zhǔn)方法
1)單好校準(zhǔn):檢定鉑電阻時(shí)，將被檢鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放入恒溫槽中，讀取各自輸出的電阻值;校準(zhǔn)溫度變送器時(shí)，將模擬的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻信號(hào)輸入至變送器，通過(guò)變送輸出，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源測(cè)量其變送輸出電流值。2)整體校準(zhǔn):將被檢鉑電阻輸出信號(hào)線連接至變送器上，與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻一同放入恒溫槽中，讀取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電阻值，變送器的變送輸出電流值。
1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
1)WZPB－9型二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì):(dＲ/dt)100=0.37928Ω/℃、復(fù)現(xiàn)性±5mK、周期穩(wěn)定性±10mK。2)1560型堆棧式測(cè)溫儀:標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)量±(0．002%ＲDG+0．0005Ω)、被檢電阻測(cè)量±(0．004%ＲDG+0．001Ω)。3)Microcal200型多功能校驗(yàn)儀:電流測(cè)量±(0．02%ＲDG+0．4μA)、Pt100輸出±(0．02%ＲDG+0．05℃)。4)7321型恒溫槽:均勻性≤0．01℃、溫度波動(dòng)≤±0.02℃/10min。
1.4測(cè)量數(shù)據(jù)
標(biāo)準(zhǔn)電阻平均值為35．352Ω、被檢電阻平均值為138.2610Ω、單好校準(zhǔn)方法測(cè)量電流值平均值為20．003mA、整體校準(zhǔn)方法測(cè)量電流值平均值為19．936mA。
2數(shù)學(xué)模型
單好校準(zhǔn)和整體校準(zhǔn)測(cè)量模型詳見(jiàn)JJF1183－2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》和JJG229－2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》。
3影響因素分析
3.1單好校準(zhǔn)
3.1.1鉑電阻檢定影響因素的不確定度分析
凡由重復(fù)性誤差引入分量的都采用A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，其他分量引入的都采用B類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，按均勻分布考慮，包含因子槡k=3(以下全同)。1)輸入量Δth引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δth)。輸入量u(Δth)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被檢鉑電阻重復(fù)性誤差、恒溫槽插孔之間的溫差、電測(cè)設(shè)備和電測(cè)設(shè)備自熱效應(yīng)引入的誤差。各分量為:被檢鉑電阻重復(fù)性誤差約為0.003℃，恒溫槽插孔之間的溫差約為0．012℃，電測(cè)設(shè)備約為0．009℃，電測(cè)設(shè)備自熱約為0．002℃。由于各分量彼此相互好立，因此u(Δth)引入的不確定度分量約為0．015℃。2)輸入量u(Δt*h)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δt*h)。輸入量u(Δt*h)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、自熱效應(yīng)和電測(cè)設(shè)備。各分量為:標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0．003℃，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0．006℃，恒溫槽自熱效應(yīng)約為0℃(100℃時(shí)其處于較高溫度，自熱影響可以忽略不計(jì))，電測(cè)設(shè)備約為0.002℃。由于各分量彼此相互好立，因此u(Δt*h)引入的不確定度分量約為0．007℃。3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸入量Δth和Δt*h相互之間彼此好立，可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為0．017℃。從上述分量可看出鉑電阻檢定主要誤差來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差。
3.1.2溫度變送器校準(zhǔn)影響因素的不確定度分析
1)輸入量Ad引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Ad)。輸入量u(Ad)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被校變送器電流測(cè)量的重復(fù)性和溫度校驗(yàn)儀的測(cè)量誤差。各分量為:電流測(cè)量重復(fù)性約為0．0003mA，溫度校驗(yàn)儀測(cè)量誤差約為0．0025mA。
由于各分量彼此相互好立，因此u(Ad)引入的不確定度分量約為0．0025mA。
2)輸入量ts引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(ts)。輸入量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于溫度校驗(yàn)儀輸出誤差和專用連接導(dǎo)線誤差。各分量為:溫度校驗(yàn)儀輸出誤差約為0.04℃，專用連接導(dǎo)線約為0．043℃。由于各分量彼此相互好立，因此u(ts)引入的不確定度分量約為0．06℃。
3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。輸入量Ad和ts相互之間彼此好立，可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為0．0069mA。從上述各分量可看出變送器校準(zhǔn)主要誤差來(lái)源于連接導(dǎo)線。
根據(jù)上述單好校準(zhǔn)不確定度分析可知:鉑電阻合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0．017℃，溫度變送器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0．0069mA約為0．065℃，用ΔAt=實(shí)表示單好校準(zhǔn)的合成誤差，則:ΔAt=實(shí)≈0．067℃。
3.2整體校準(zhǔn)
1)輸入量u(Ad)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于被校變送器電流測(cè)量的重復(fù)性和溫度校驗(yàn)儀的測(cè)量誤差。各分量為:電流測(cè)量重復(fù)性約為0．0003mA，溫度校驗(yàn)儀測(cè)量誤差約為0．0025mA。由于各分量彼此相互好立，因此u(Ad)引入的不確定度分量約為0．0025mA。2)輸入量珋t引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性、
電測(cè)設(shè)備、電測(cè)設(shè)備自熱、恒溫槽自熱效應(yīng)和專用連接導(dǎo)線。各分量為:恒溫槽插孔之間約為0．012℃，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性約為0．003℃，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻周期穩(wěn)定性約為0．006℃，電測(cè)設(shè)備約為0．002℃，恒溫槽自熱效應(yīng)約為0℃，電測(cè)設(shè)備自熱約為0.002℃，專用連接導(dǎo)線約為0℃(被檢輸出信號(hào)線直接連接至輸入信號(hào)端鈕上，故不存在連接導(dǎo)線誤差)。由于各分量彼此相互好立，因此u(珋t)引入的不確定度分量約為0．024℃。3)輸入量Ad和珋t相互之間彼此好立，可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量約為0．0036mA。
從上述分量可看出一體化變送器校準(zhǔn)主要誤差來(lái)源于恒溫槽插孔之間的溫差。根據(jù)上述整體校準(zhǔn)不確定度分析可知:整體合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0．0036mA，約為0．034℃，用ΔAt=實(shí)表示整體校準(zhǔn)的合成誤差，則:ΔAt=實(shí)=uc(ΔAt)≈0．034℃。
根據(jù)對(duì)2種校準(zhǔn)方式的不確定度分析，從校準(zhǔn)結(jié)果可看出整體校準(zhǔn)方式的結(jié)果略優(yōu)于單好校準(zhǔn)結(jié)果，但兩者的校準(zhǔn)結(jié)果均滿足其準(zhǔn)確度等級(jí)。
4結(jié)語(yǔ)
1)通過(guò)對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果影響因素進(jìn)行不確定度分析和評(píng)定可看出其2種校準(zhǔn)方式均可行。2)從時(shí)間成本、計(jì)算復(fù)雜程度、油槽溫度限制(油槽#高溫度300℃)等方面考慮，可優(yōu)先選擇單好校準(zhǔn)方式。3)如測(cè)量結(jié)果介于兩相鄰準(zhǔn)確度等級(jí)之間，則應(yīng)采取整體
校準(zhǔn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較，在校準(zhǔn)過(guò)程中使用的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量使用同一根銅導(dǎo)線(不超過(guò)1m)截取成3、4段進(jìn)行連接，減小其帶來(lái)的誤差。
關(guān)注我們 實(shí)現(xiàn)共贏