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計量探究校準溫度校驗儀的方法

更新時間:2022年01月22日 作者:紹興中儀 關注量:

前言

隨著市場經濟的發展,溫度表現和控制儀表已經廣泛應用于國民經濟、社會生產中的各個方面,在生產生活中起到緊張的作用,尤其是在石油、電力、化工、冶金、航空等緊張工業領域起偏重要的測控作用。這些溫度儀表測量溫度傳感器傳遞來的模仿旌旗燈號或數字旌旗燈號,通過自身的旌旗燈號調理電路或固化在芯片中的處理程序將所測得的溫度變化成數字情勢或模仿情勢的表現值。為了保證測試體系的可靠,對這些溫度儀表及傳感器的校準、調整和檢修維護同樣也是一件十分緊張的工作。

目前,國內對于這些溫度儀表的校準、調試通常依據檢定規程中規定的,對配熱電阻的溫度儀表采用標準電阻箱作為標準電阻源,對于配趣购彩的溫度儀表采用直流電位差計作為標準旌旗燈號源進行。然而,因為采用多儀器進行校準,在現實工作中分外是現場校準工作中十分不方便,在國內的計量、測試、校準領域漸漸出現了一些智能型多功能的溫度校驗儀,例如FLUKE 72X系列、DRUCK TRX系列,紹興中儀CA102S多功能旌旗燈號校驗儀、NHR100/NHR200熱工旌旗燈號校驗儀等系列。它在功能上類似于標準電阻箱和直流電位差計的集成,使用上卻更加方便,但是因為國家溫度儀表類檢定規程中并沒有出現這種標準源,在檢定校準這類儀器時多數只能參照相干規程規范進行,校準方法也就不能同等,造成校準效果有肯定的差異。本文在多次校準比較的基礎上提出一種校準方法供大家探究,在現實工作中也有肯定的參考價值。

溫度校驗儀原理

溫度校驗儀是一種用于溫度傳感器和測控儀表或測控體系校準、測試、調試的多功能綜合性儀器。它的原理是以單片機或處理器為核心,配置人機接口界面和輸入輸出電路,通常具有以下幾個特點:

1、能測量多種熱電阻、趣购彩的旌旗燈號并以溫度值表現;

2、具有冷端(參考端) 溫度主動補償功能;

3、能輸出和測量電阻、直流電壓或直流電流值;

4、能按照分度表穩固輸出多種熱電阻、趣购彩各溫度對應的標準電量值。

用戶可以將要測量和表現的各項數據通過人機界面輸入到指令操作電路中,單片機或處理器根據接收到的指令,控制電路做出響應的輸入輸出動作,并將其效果在表現屏上表現,有的功能較單一可能沒有表現。另外,因為熱電阻、趣购彩的電量值和溫度值是非線性的,電路中通常還有一部分是用來存儲數據表格的存儲器電路。如圖1所示。對于帶熱電阻校準功能的溫度校驗儀因為輸入輸出的都是電阻旌旗燈號,直接通過A/D轉換器就可以進行測控。

溫度校驗儀原理圖

圖1:溫度校驗儀原理結構圖

對于帶趣购彩校準功能的溫度校驗儀,在A/D轉換器之前還有一個冷端補償電路,用來測量趣购彩的冷端溫度并進行主動補償。補償方法常見到有補償橋路法、變送器轉換法和LWB冷端補償器法。

校準方法

1、校準條件

溫度校驗儀通常可輸出各種電旌旗燈號,如趣购彩的直流毫伏旌旗燈號(mV) ,熱電阻的直流電阻旌旗燈號(Ω) ,變送器的直流毫安旌旗燈號(mA)和直流電壓旌旗燈號(V),同時具有較高的精度(>0.02%) ,所以校準溫度校驗儀用的標準器應選用測量各種電旌旗燈號不確定度小于溫度校驗儀允差1/5的測量標準器,可以調溫的均勻性大于0.05 ℃的恒溫器,以及校準熱電阻電阻旌旗燈號用的四根專用連接導線。

2、基本偏差的校準方法

對于校準輸出熱電阻旌旗燈號的溫度校驗儀來說,我們可以依據國家檢定規程中的方法,采用四根專用連接導線連接校驗儀和測量標準器,即可得出它輸出的電阻旌旗燈號基本偏差,再依據分度表可以得到不同分度下的溫度偏差。

對于校準輸出趣购彩旌旗燈號的溫度校驗儀來說,通過校驗儀原理我們可以看出,它的基本偏差現實包括兩個部分:輸出直流毫伏旌旗燈號的偏差和冷端測量的偏差。在JJ G617—1996《數字溫度指示調節儀檢定規程》中規定對配趣购彩的數字溫度儀表基本偏差的檢定,采用如圖2 所示的方法,被檢儀表連接補償導線插入冰點槽,再用銅導線與旌旗燈號源相連接,輸入直流毫伏旌旗燈號來測量儀表的偏差。所以有人提出采用類似的方法來校準溫度校驗儀,將被檢儀表換成校驗儀,旌旗燈號源換成測量標準器。但是筆者認為這種方法不妥,重要緣故原由有:

溫度校驗儀校準方法圖

1、這種方法對于那些測量精度不高的儀表適用,但是對于溫度校驗儀這種精度較高的儀器來說,所測得的偏差中包括了恒溫槽和補償導線的測量偏差,不確定度分量較大。尤其是補償導線因為穩固性、材料等緣故原由自己的偏差就比較大,細密級的補償導線也要達到2μV,而且因為補償導線的修正值采用的都是20 ℃時的修正值,而現實冷端溫度可能與20 ℃存在肯定的差異,存在肯定偏差,因而無論配備再好的測量標準器,整套校準裝配的不確定度也無法得到有用進步。

2、溫度校驗儀通常都具有校準多種分度號趣购彩的功能,按上述方法必須對每一種分度號的趣购彩進行校準,這在現實工作中工作量偉大,難以做到,而且在技術上也毫無需要。由于不論什么分度號的趣购彩的溫度輸出都是由直流電壓輸出和冷端補償組成的。

所以,本文認為對于校準趣购彩旌旗燈號輸出的溫度校驗儀適宜分別對直流毫伏旌旗燈號輸出基本偏差和冷端補償偏差進行校準,對于直流毫伏輸出偏差的校準可以依據JJ G445—86《直流標準電壓源檢定規程》連接測量標準器進行校準,而對于冷端補償偏差可以采用以下方法進行校準。

如圖3,采用一個可以調節溫度的恒溫槽來代替零度恒溫槽,該恒溫槽的誤差要求不高,但是均勻性不得大于0.05 ℃,以保證測量精度。將恒溫槽的初始溫度t0=20℃,任選一分度號的補償導線,補償導線的一端短接后插入恒溫槽,另一端接入被校的溫度校驗儀冷端輸入端。另外采用標準鉑電阻溫度計及響應測量儀表(或者標準水銀溫度計) 測量槽溫,鉑電阻溫度計感溫元件端應該與補償導線短接端保持統一高度并盡量接近。待槽溫文被校冷端溫度恒定后,測量此時補償導線參考端的熱電動勢值E1,按下式換算成溫度Δt1。

溫度校驗儀應用案例圖

其中,St0透露表現該分度號趣购彩在20 ℃時的微分電動勢值。

將恒溫槽溫度調整為t1 = t0 - Δt1 ,待槽溫恒定后,再測量補償導線的熱電動勢值E2,重復以上步驟,直到熱電動勢值E或Δt接近零(或者小于肯定值,一樣平常可取Δt<0.1℃) ,即認為恒溫槽的槽溫與冷端溫度同等。此時將被檢溫度校驗儀轉換至測溫檔,讀取儀表指示值td和標準溫度計讀數t標。

然后,將補償導線參考端拆下后接上銅導線,放入恒溫槽中,補償導線的短接端和參考端放置在統一深度并盡量接近,銅導線的兩端同時接到測量標準器上,測量補償導線的熱電動勢Δe。并按照下式得出該溫度校驗儀的冷端補償偏差Δ補。

Δ補= (td - t標)·St標- Δe

式中,Δ補為被校儀器的冷端補償偏差,μV ;

td為被校儀器讀取的溫度示值,℃;

t標為標準溫度計讀取的溫度值,℃;

St標為該分度號趣购彩在標準溫度計所示溫度時的微分電動勢,μV/ ℃;

Δe為補償導線現實溫度下的修正值,μV。

所得出的冷端補償偏差,根據趣购彩的分度表可以分別得出不同分度號趣购彩換算出的溫度值。

如許校準效果就分成了溫度校驗儀的直流毫伏旌旗燈號輸出偏差和冷端補償偏差,zui大限度的削減了冷端測量和補償導線引起的偏差。

3、基本偏差計算

溫度校驗儀的zui后基本偏差按下式計算:

溫度校驗儀溫度校準公式

式中:Δt為溫度校驗儀換算成溫度的基本偏差,℃;

ΔA為電量程輸出指示偏差,μV、Ω或mA ;

Δ補為趣购彩輸出時的冷端補償偏差,μV,在校準非趣购彩輸出時,此項為0;

(ΔA /Δt) t 為電量程輸出指示偏差,μV/℃、Ω/℃或mA/℃。

Δt 的zui后效果應按照數據修約規則化整到與溫度校驗儀該功能檔的分辨率同等。

結束語

通過對溫度校驗儀的電量輸出偏差和冷端補償偏差分別測量,對于高正確度、多功能的溫度校驗儀我們可以更加方便、正確的測量其偏差,達到校準的目的。其校準的測量不確定度現實只是由兩部分組成:電量輸出的不確定度和冷端補償的不確定度。

其中,電量輸出的不確定度與冷端補償的不確定度相比通常較小,在輸出趣购彩旌旗燈號時,我們可以通過兩者的合成得到溫度校驗儀在各個分度時的測量不確定度,并且通過對冷端補償偏差的更正確測量來校準高精度溫度校驗儀。

相干產品:

CA102S/CA103過程旌旗燈號校驗儀:/xuanxing/26.htm

NHR200/NHR100多功能旌旗燈號校驗儀:/xuanxing/27.htm

參考文獻

[1] 黃澤銑.趣购彩原理及其檢定.中國計量出版社,1993。

[2] 國家技術監督局.JJ G617~1996 數字溫度指示調節儀檢定規程. 中國計量出版社,1997。

[3] 北京市標準計量局.溫度計量.中國計量出版社,1987。

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