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�，F(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
1)通過對(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)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較，在校準(zhǔn)過程中使用的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量使用同一根銅導(dǎo)線(不超過1m)截取成3、4段進(jìn)行連接，減小其帶來的誤差。
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