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        溫度變送器測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定

        2021-03-30 14:15:02劉佳
        商品與質(zhì)量 2021年10期
        關(guān)鍵詞:電流表變送器誤差

        劉佳

        陜西省寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)中心 陜西寶雞 721000

        1 溫度變送器作用

        溫度變送器使用熱電偶和熱電阻作為溫度測(cè)量元件和溫度測(cè)量元件的輸出信號(hào)發(fā)送到發(fā)射機(jī)模塊、電壓穩(wěn)定過(guò)濾后,操作放大,非線(xiàn)性校正,V/I轉(zhuǎn)換,恒流和反向保護(hù)等電路處理后,將4-20mA電流信號(hào)0-5V/0-10V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成線(xiàn)性關(guān)系的信號(hào),輸出RS485數(shù)字信號(hào)。一種將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或可按通信協(xié)議輸出的裝置。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)并可傳輸?shù)膬x器[1]。主要用于工業(yè)過(guò)程中溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。電流變送器將主電路測(cè)量到的交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),連續(xù)傳送給接收裝置。溫度電流變送器將溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),并連接到二次儀表上顯示相應(yīng)的溫度[2]。例如溫度傳感器型號(hào)為Pt100,那么溫度電流變送器的作用是將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),輸入到儀表上,顯示溫度。

        2 溫度變送器測(cè)量不確定度評(píng)定

        測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征,測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小,測(cè)量結(jié)果必須附有不確定度說(shuō)明才是完整并有意義的。

        2.1 測(cè)量方法

        體操作依據(jù):JJF1183-2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范。

        采用輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度信號(hào),直接比較其電流輸出值。

        標(biāo)準(zhǔn)器選用:0.05級(jí)(0.00-20.00)mA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表、0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。

        2.2 測(cè)量模型

        即:I+ΔI=(tX+Δt)×16/tmax+4

        式中:I—變送器輸出電流(mA);

        ΔI—電流表誤差(mA);

        t—輸入溫度值(℃);

        Δt—溫度表誤差(℃);

        R—電阻值(Ω);

        ΔR—電阻誤差(Ω)。

        以量程為(0-400)℃的(Pt100Ⅲ型)溫度變送器,測(cè)量100℃為例,tmax=400(℃)。

        2.3 誤差來(lái)源及分析

        2.3.1 誤差來(lái)源

        (1)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的等級(jí)誤差及分辨率。

        (2)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表的等級(jí)誤差及分辨率。

        (3)Pt100分度值表誤差。

        2.3.2 誤差分析

        (1)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表的不確定度

        標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí),測(cè)量范圍(0.00-20.00)mA,取k=30.5,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        20×0.05%/30.5=0.0058(mA)自由度γ→∞

        標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電流表分辨率為0.001mA,取k=30.5,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        電流合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        (2)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的不確定度:

        標(biāo)準(zhǔn)電阻箱準(zhǔn)確定度等級(jí)為0.02級(jí),分辨率為0.01Ω。對(duì)應(yīng)100℃電阻值為138.50Ω,取k=30.5,則準(zhǔn)確度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        分辨率的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        (3)pt100分度表差表誤差0.01Ω,取k=30.5

        則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

        2.4 靈敏度系數(shù)

        由測(cè)量模型得:

        由于pt100阻值溫度基本呈現(xiàn)性關(guān)系,所以df/dR近似為:

        則電阻影響的靈敏度系數(shù):

        2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        2.6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表(見(jiàn)表1)

        表1

        3 溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法

        溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)并能被傳輸?shù)膬x器。主要用于工業(yè)過(guò)程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。送檢的溫度變化一般分為帶傳感器和不帶傳感器的兩類(lèi)儀器。使用傳感器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器更為常見(jiàn)。溫度變化的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)主要有0-10mA和4-20mA直流信號(hào),也可選配顯示單元。直接顯示測(cè)量溫度。根據(jù)溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范,溫度變送器需要在(20±5)℃、相對(duì)濕度45%-75%的環(huán)境條件下,部分浸入標(biāo)準(zhǔn)恒溫浴中。本儀表的量程均勻布置有多個(gè)點(diǎn),溫度由低到高逐點(diǎn)升高,依次校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)中,環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度小,結(jié)論準(zhǔn)確可靠。但是,單臺(tái)檢測(cè)儀器數(shù)量少,檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng),校準(zhǔn)效率極低,檢測(cè)人員工作量大。為了減少儀器拆卸搬運(yùn)造成的損失和人員工作量,有必要及時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行在線(xiàn)校準(zhǔn)。溫度變送器的工作環(huán)境溫度一般為-40-85℃。根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范的要求,校準(zhǔn)環(huán)境條件應(yīng)至少滿(mǎn)足15-35℃的溫度和相對(duì)濕度小于85%,以確保標(biāo)準(zhǔn)由環(huán)境變化引入不確定性對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不會(huì)有很大的影響[3]。

        總而言之,在一定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,只要滿(mǎn)足相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),如空調(diào)或其他溫度或風(fēng)速的變化,就可以得到一定的實(shí)驗(yàn)條件。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,溫度不得低于25℃,對(duì)濕度和方向有相應(yīng)的要求。在實(shí)驗(yàn)中相關(guān)設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)輸過(guò)程中,由于運(yùn)輸條件的原因,可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。因此,必須加強(qiáng)相應(yīng)設(shè)備的檢測(cè)和認(rèn)證。如果溫度計(jì)在使用范圍內(nèi),可以在不同的設(shè)備上找到誤差,達(dá)到驗(yàn)證的效果。相關(guān)工作需要經(jīng)過(guò)一定的測(cè)試才能順利進(jìn)行,解決相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題,要求干體爐在使用過(guò)程中所使用的測(cè)溫器等因素要有一定的影響和變化,使其產(chǎn)生有利于其工作的變化??梢匝芯坎煌问降墓艿赖仍O(shè)備,可以密切監(jiān)測(cè)變送器的變化。在管道與設(shè)備輸送機(jī)關(guān)聯(lián)的過(guò)程中,一定范圍的變化有助于平衡它們的檢測(cè)。在感溫系統(tǒng)與相關(guān)溫度系統(tǒng)接觸的過(guò)程中,在連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,溫度計(jì)與溫度計(jì)會(huì)發(fā)生接觸,會(huì)發(fā)生糾纏,可以以溫度計(jì)的形式進(jìn)行處理。在這種情況下,溫度計(jì)的相對(duì)波動(dòng)會(huì)影響溫度相關(guān)的結(jié)果,在一定的范圍內(nèi)才能進(jìn)行有效的測(cè)量。當(dāng)溫度傳感器全部正常時(shí),可以在溫度由低到高的過(guò)程中提前曲線(xiàn)測(cè)試一系列的溫度變化,不同的設(shè)備可以在不規(guī)則的條件下進(jìn)行溫度變化。當(dāng)溫度變化超過(guò)一定范圍時(shí),可以用一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。在溫度評(píng)定設(shè)備和相關(guān)校準(zhǔn)設(shè)備中,溫度的變化總是伴隨著相關(guān)電流的變化。當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí),對(duì)不同的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行對(duì)比分析,同時(shí)進(jìn)行賬務(wù)記錄。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō),通過(guò)電子計(jì)算機(jī)的精確控制,可以控制和采集電流,從而得到與溫度的相關(guān)性。此外,執(zhí)行滿(mǎn)足實(shí)際需求的度量也是很重要的。經(jīng)過(guò)相關(guān)的測(cè)量和記錄,導(dǎo)出的關(guān)系可以進(jìn)一步研究。一些細(xì)微的差別不容忽視。必須進(jìn)行精確的測(cè)量,才能得到相應(yīng)的誤差值。在相關(guān)的數(shù)據(jù)錄入程序中,可對(duì)電子表格的記錄過(guò)程進(jìn)行預(yù)先處理[4]。掌握準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和質(zhì)量變更過(guò)程后,將問(wèn)題記錄在表格中。問(wèn)題解決后,可以及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題。在現(xiàn)代技術(shù)手段下,攝影等技術(shù)可以保證發(fā)射機(jī)等設(shè)備的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)記錄的準(zhǔn)確性。在這種情況下,可以避免錯(cuò)誤記錄的后果。

        綜上所述,溫度變送器作為最常用的測(cè)溫儀器,其測(cè)量性能的好壞不僅僅取決于設(shè)備的制造水平。同時(shí),在使用過(guò)程中的檢驗(yàn)測(cè)試、有效的日常維護(hù)和合理的故障排除也是設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的保證。精確度和有效性的重要手段。

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