于愛水

東營市計(jì)量測(cè)試檢定所 山東東營 257091

溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表，溫度變送器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，其具有高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不受外界環(huán)境干擾等性能[1]。本文通過分析溫度變送器的工作原理與分類，提出了影響溫度變送器測(cè)量誤差的主要因素，并針對(duì)誤差值不確定性的評(píng)定方法進(jìn)行探討。以期通過本文的闡述為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考，同時(shí)也為更好地解決變送器溫度附加誤差提供理論依據(jù)。

1 熱電阻溫度變送器

熱電阻測(cè)溫是根據(jù)檢測(cè)導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度的變化而變化來測(cè)量溫度的。在使用中熱電阻一般安裝在現(xiàn)場(chǎng)，電阻值通過輸出引線連接到中央控制室來進(jìn)行溫度監(jiān)控。由于現(xiàn)場(chǎng)和中央控制室一般距離較遠(yuǎn)，所以需要對(duì)連接導(dǎo)線的電阻值予以修正。同時(shí)，由于冬夏季溫差較大，修正值也不相同[2]。這對(duì)于需要遠(yuǎn)傳的要求準(zhǔn)確測(cè)溫的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量來說很不方便，所以化工企業(yè)一般使用將電動(dòng)溫度變送器和熱電阻裝配到一起的熱電阻溫度變送器儀表來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)。該儀表將現(xiàn)場(chǎng)熱電阻測(cè)量的電阻值就地轉(zhuǎn)換成（4-20）mA的電流信號(hào)進(jìn)行傳輸，以避免由于導(dǎo)線壓降和導(dǎo)線阻值帶來的測(cè)量誤差，給使用帶來很大的方便。

2 溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)檢定經(jīng)驗(yàn)

2.1 溫度變送器檢定辦法

熱電阻溫度變送器一種整體裝置，可以對(duì)熱電阻以及溫度變送器分別進(jìn)行檢定，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)使用精度要求，也可把熱電阻溫度變送器整體進(jìn)行校準(zhǔn)。可選用一支標(biāo)準(zhǔn)熱電阻元件，溫度測(cè)量量程0-100℃，再采用溫度變送器實(shí)現(xiàn)與熱電阻元件的匹配，再配置溫度為20-300℃的恒溫場(chǎng)和冰點(diǎn)槽。對(duì)溫度變送器和熱電阻分別進(jìn)行檢定，之后進(jìn)行安全裝合后投入到溫度場(chǎng)內(nèi)，之后把獲取到的測(cè)量值與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較[3]。然后，對(duì)熱電阻溫度變送器實(shí)現(xiàn)全面的校驗(yàn)。把溫度測(cè)量儀表存入標(biāo)準(zhǔn)溫度場(chǎng)內(nèi)，利用熱電阻元件來對(duì)溫度場(chǎng)具體溫度進(jìn)行測(cè)量，變送器裝置會(huì)把電阻數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)，對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，換其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值，并與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)顯示的數(shù)值進(jìn)行比較，從而檢定熱電阻以及溫度變送器，A級(jí)的鉑熱電阻可測(cè)量20-100度區(qū)間，誤差為±（0.15+0.002）。當(dāng)溫度為0時(shí)的電阻值為100.1度，100度時(shí)電阻值為138.71度，α為0.00386，熱電阻檢定結(jié)果可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)需求。0.5級(jí)溫度變送器，可以測(cè)量0-100度的溫度區(qū)間，誤差為±0.5%，溫度變送器檢定結(jié)果可以達(dá)到性能指標(biāo)需求。把兩者組裝之后存放到標(biāo)準(zhǔn)溫度場(chǎng)內(nèi)，把測(cè)量溫度與二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行比較，溫度變送器檢定數(shù)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，如果單對(duì)溫度變送器以及熱電阻進(jìn)行檢定，組合裝配使用之后溫場(chǎng)測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)溫度有著較大的差別，進(jìn)行全面校驗(yàn)后測(cè)量數(shù)據(jù)和溫度場(chǎng)真實(shí)溫度較為相近，為熱電阻溫度變送器整體校準(zhǔn)創(chuàng)造了前提，必須保證溫度變送器和熱電阻滿足儀表技術(shù)需求。

2.2 校準(zhǔn)裝置的構(gòu)建

按照上述要求構(gòu)建校準(zhǔn)裝置。首先設(shè)備必須滿足測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度要求，其次整套裝置要能夠承受長途貨運(yùn)顛簸，裝卸沖擊和倒置等一些未知因素的影響。按照技術(shù)要求，變送器的溫度最大允許誤差為0.15℃。在本所實(shí)驗(yàn)室中我們大都使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置來進(jìn)行校準(zhǔn)，裝置的測(cè)量水平滿足校準(zhǔn)的要求。但是由于校準(zhǔn)地點(diǎn)在企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，受設(shè)備運(yùn)輸和安全檢查以及校準(zhǔn)工作效率等因素制約，只能使用便于運(yùn)輸且無移動(dòng)部件的干井爐。在實(shí)驗(yàn)室中嘗試使用干井爐AMETECK140B和FLUKE9171，配合相應(yīng)的鉑電阻數(shù)字溫度計(jì)構(gòu)成校準(zhǔn)系統(tǒng)。這兩臺(tái)設(shè)備溫度范圍覆蓋-10-50℃，通過不確定度分析發(fā)現(xiàn)干井爐構(gòu)成的校準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度U=0.05℃（k=2），基本能夠滿足要求。為驗(yàn)證方案是否可行，在實(shí)驗(yàn)室中將一臺(tái)同型號(hào)的溫度變送器分別在恒溫液槽和兩臺(tái)配標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的干井爐裝置中進(jìn)行了實(shí)際比較。在-15-80℃范圍內(nèi)，其三者的最大差值僅為0.03℃?？梢姶搜b置技術(shù)可行。為保險(xiǎn)起見，我們特配備另外一支已校準(zhǔn)的鉑電阻作為核查標(biāo)準(zhǔn)，并攜帶了一臺(tái)BEAMEXMC5，作為備用的24V以及核查和校驗(yàn)之用。每次出發(fā)前和返回后這些鉑電阻溫度計(jì)、干井爐、電測(cè)設(shè)備都要進(jìn)行校準(zhǔn)以檢查在外出的校準(zhǔn)中是否出現(xiàn)異常。

2.3 溫度變送器整體校驗(yàn)要求

鉑電阻與變送器接線方式有二線制、三線制和四線制。二線制電阻配線較為便捷，但引線電阻會(huì)帶來附加誤差。對(duì)精度測(cè)量要求較高時(shí)，需要有用四線制方式，可以避免內(nèi)部引線電阻形成的誤差，也可以消除連接誤差。當(dāng)前，沒有頒布整體校驗(yàn)熱電阻溫度變送器的檢定規(guī)范，為了保證溫度變送器可以按著規(guī)定進(jìn)行檢定，應(yīng)該編制檢定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，明確適用的目的和范圍，對(duì)校準(zhǔn)條件和技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)定，對(duì)校準(zhǔn)的具體項(xiàng)目、辦法和流程做出說明，并對(duì)如何實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理確定描述[4]。在對(duì)熱電阻溫度變送器存在的故障進(jìn)行檢查，應(yīng)該對(duì)變送器部分和熱電阻部分進(jìn)行系統(tǒng)、全面地檢查。如果存在故障，需要更換相應(yīng)元件進(jìn)行更換，或者重新進(jìn)行裝配合后再進(jìn)行調(diào)試，滿足使用要求后再次進(jìn)行檢定。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)溫度變送器測(cè)量結(jié)果的誤差評(píng)定計(jì)算方法的研究，可以較準(zhǔn)確地確定具體規(guī)格變送器的溫度附加誤差，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考，也為更好地解決變送器溫度附加誤差提供了依據(jù)。