在線溫度變送器(配熱電阻)的校準(zhǔn)方法研究

　　根據(jù)JJF1183--2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》,對其校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究與試驗(yàn)，并對測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定，確認(rèn)其可靠性與準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成和功能。
1測量環(huán)境
　　溫度:(20±5)℃;相對濕度:45%~75%。
2.測量對象
　　配熱電阻溫度變送器，分度號為Pt100,測量范圍為0~200℃,輸出范圍為(4~20)mA,精度等級為0.5級。
 
3.標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備
　　0.01級直流電阻箱ZX74，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。西門子CPU模塊315-2DP及西門子編程軟件STEP7V5.5。西門子模擬量輸人模塊SM331,AI8x12位。
4.測量原理
　　溫度變送器主要由傳感單元和信號轉(zhuǎn)化器組成。其中，傳感單元連接0.01級直流電阻箱，信號轉(zhuǎn)化器連接西門子模擬量輸人模塊SM331,根據(jù)溫度與電流的線性關(guān)系,通過PLC通信至上位機(jī),然后由STEP7編程軟件將(4~20)mA的電流信號轉(zhuǎn)化為變送器的測量范圍0~200℃實(shí)時顯示測得的溫度,并與標(biāo)準(zhǔn)溫度作比較,得到測量結(jié)果。
5.測量方法.
　　從0℃開始逐步增大輸人信號，分別給變送器輸人各被檢點(diǎn)溫度所對應(yīng)的電阻值，讀取上位機(jī)相應(yīng)的顯示值，直至200℃。然后減小輸入信號,分別給變送器輸人各被檢點(diǎn)溫度所對應(yīng)的電阻值，讀取上位機(jī)相應(yīng)的指示值，直至0℃。
6.測量過程
　　根據(jù)JJF1183--2007,校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇應(yīng)按量程均勻分布，一般應(yīng)包括上限值、下限值和量程50%附近在內(nèi)不少于5個點(diǎn)。所以，校準(zhǔn)點(diǎn)選為0℃、50℃、100℃、150℃、200℃。如此作為一個循環(huán)，以三個循環(huán)測量的平均值計(jì)算輸出誤差,作為測量結(jié)果。在到達(dá)測量點(diǎn)時，信號的輸入應(yīng)盡量緩慢,避免過沖。
二、測量模型.
1.測量模型
　　假設(shè)被測點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)際溫度值為1，被測點(diǎn)溫度的標(biāo)稱值為tn，則被測點(diǎn)溫度值的誤差可表示為：
 
　　式中:Rn---直流電阻箱輸出的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，Ω;R100---0℃時，Pt100對應(yīng)的電阻值，100Ω;α---常數(shù),0.385Ω/℃。
2.方差和靈敏系數(shù)
　　由式(1)可以得到式(2)、式(3)和式(4)。
方差:
 
三、不確定度來源分析與評定
1溫度變送器輸出值引入的不確定度分量u(tx)
　　采用A類方法評定變送器輸出值引人的不確定度分量u1(tx)。取變送器上限點(diǎn)200℃,由直流電阻箱輸出相應(yīng)的標(biāo)稱電阻值175.86Ω，進(jìn)行10次重復(fù)測量，具體數(shù)據(jù)(單位:℃)分別為199.8463、199.8477、199.8541、199.8530、199.8551、199.8588、199.8607、199.8625、199.8604、199.8529。
 
　　實(shí)際測量時，上升、下降兩個行程，每個行程測量3次，總共測量6次。以6次測量的平均值作為測量結(jié)果，則可以得到:
 
　　用相同的方法，在溫度變送器0℃、50℃、100℃、150℃四個點(diǎn)得到相應(yīng)的u(tx)分別為0.0015℃、0.0016℃、0.0019℃、0.0021℃。
　　上位機(jī)溫度顯示的分辨力為0.00019℃,分辨力所引人的不確定度分量遠(yuǎn)小于重復(fù)性引人的不確定度分量,所以.不考慮分辨引入的不確定度。
2.直流電阻箱引入的不確定度分量u(Rn)
　　采用B類方法評定直流電阻箱引人的不確定度分量u(Rn),由表1可知,ZX74直流電阻箱在0~200℃的最大允許誤差為+0.04°C,按均勻分布考慮,包含因子k=√3,則
 
　　得出直流電阻箱引起的不確定度分量u(Rn)在變送器0℃、50℃、100℃、150℃、200℃五個點(diǎn)均為0.023℃。
3.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
　　由式(2)可以計(jì)算出變送器各溫度點(diǎn)的不確定度uc，如表2所示。.
4.擴(kuò)展不確定度的評定
　　根據(jù)U=kuc,取k=2,得到溫度變送器(配熱電阻)輸出值誤差的測量結(jié)果不確定度報(bào)告，如表3所示。
 
四、結(jié)語
　　由計(jì)算結(jié)果可以看出，用直流電阻箱校準(zhǔn)上位機(jī)直接顯示的溫度變送器(配熱電阻)測量結(jié)果中，直流電阻箱的最大允許誤差是該方法不確定度的主要來源。精度等級為0.5級,測量范圍為0~200℃的溫度變送器最大允許誤差為±1C,而測量結(jié)果的不確定度為0.12℃,小于最大允許誤差絕對值的1/3,滿足要求。