淺談礦用溫度傳感器檢定注意事項與不確定分析

樊勇

摘 要：礦用溫度傳感器應用范圍日益廣泛，但使用環境非常惡劣，怎樣準確計量給我們的檢定人員提出了嚴格的要求。使用、服務單位開展此類計量器具的檢定，提供了依據，確保溫度傳感器量值準確可靠，為安全生產提供重要計量支撐。同時，規程實施也將有效提高政府監管的能力與服務的有效性。本文從地方檢定規程的技術角度闡述了溫度傳感器在檢定上要注意的內容，探討了大家容易忽略的問題，同時對結果進行了不確定度的評定示范。

1礦用溫度傳感器概述

型礦用溫度傳感器為本質安全型（電氣設備的一種防爆型式，它將設備內部和暴露于潛在爆炸性環境的連接導線可能產生的電火花或熱效應能量限制在不能產生點燃的水平。）儀器，適用于煤礦井下具有煤塵、瓦斯爆炸危險場所，主要用于測量煤礦井下的環境溫度，以便及時發現火災隱患，也可以對電機、皮帶機、滾筒或其它部位進行超溫監測。該產品結構設計合理、檢測準確、性能穩定、安裝維護方便。

測溫敏感元件采用HP35H線性溫度傳感器，它是采用美國NS芯片設計的線性正溫度系數（簡稱PTC）溫度傳感器，其輸出電壓變化量與溫度成線性關系，并按+10mV/℃與攝氏溫度一一對應，可采用單電源工作，使用極為方便。

2 溫度傳感器出現故障的判斷

2.1 經常遇到的故障情況

有時所有的溫度傳感器數據都異常或發生跳變，或者氣溫與地面溫度、地面與淺層、深層地溫直接的示數變化不太合理。比如夏季晴朗的中午氣溫與地面溫度接近，或者地面與淺層、深層地溫沒有依次明顯遞減等。

疏松地溫場容易造成地溫數據異常，一是因為地溫場疏松后土質松軟造成地面和5cm地溫傳感器示數接近，二是在疏松地溫場的過程中容易碰到傳感器造成數據跳變明顯。

地溫經常出現的故障是一路地溫或全部溫度出現問題：地溫值出現不連續的跳變；地溫值偏低或偏高；地溫值均為-24.6℃或維持某值長期不變。

2.2 影響的原因及排查要點

各種溫度傳感器數據都異常，切與電纜長度有關時，可能是多路溫度切換板上的防雷管被擊穿短路，更換后就回復正常。

地溫明顯偏高，可能是地溫傳感器與QL150接觸不良，或者線路受損。地溫明顯偏小，可能是電纜被鼠咬而引起一定程度短路問題。

固定不變的解決步驟：判斷傳感器是否損壞；檢查信號電纜開路；測量外轉接盒內CD4067BF是否損壞。跳變不穩定的解決步驟：檢查地溫傳感器密封情況，可能是進水的原因。所有溫度不正常的解決步驟：檢測外轉接盒內CD4067BF是否損壞；測量采集器數字板上7209A/D芯片損壞。

某一支溫度傳感器示值異常：可以把傳感器取出，和干濕球溫度表一起泡在水里，再進行讀數對比，如果相近說明傳感器正常；或把異常的傳感器接到正常的線路上，看溫度值是否正常，不正常是傳感器的問題，正常是線路問題。

3.3 傳感器的定義及礦用傳感器的主要技術指標

3.3.1 傳感器的定義：什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規律將這些信息轉換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉換為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉換器件兩部分組成，有的半導體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為：①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。②化學類，基于化學反應的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類[4]。礦用傳感器的使用環境是決定了該型傳感器的特殊性，主要是因為大部分礦用模擬傳感器既需要防爆，又需要計量，受不同標準約束，生產成本相對較高。礦用傳感器需采用高穩定性、長壽命的敏感元件、在整機硬件、軟件的設計中，采取多種干擾措施，滿足國家相關標準規定的電磁兼容要求。具有性能穩定、測量精確、響應速度快、抗沖擊能力強、遙控調校、斷電控制、結構堅固、易使用、易維護、易更換、體積小、重量輕等特點。

3.3.2 礦用傳感器主要技術指標如下：①工作電壓：

9―24V。②測量范圍：根據不同傳感器種類量程做出相應指標。③測量精度：根據不同傳感器種類量程做出相應指標。④元件反應時間：根據不同傳感器種類做出相應符合相關國家要求并滿足該指標。⑤調校周期：不同傳感器的要求不同。⑥使用壽命：基本在一年以上。⑦采樣方式：不同傳感器的要求不同。⑧最大傳輸距離：2km。⑨輸出信號：200―1000hz、1―5mADC、4―20mADC。⑩防爆型式：Exibd I礦用本安或Exibd I礦用本安兼隔爆型。

4 、數字式礦用溫度傳感器測量不確定度的評定

被檢表選用安徽三正電氣有限責任公司生產的礦用溫度傳感器，分辨力為0.1℃；基本 誤差≤±2.5%（F.S）。 以檢定示值20℃為例來討論。

4.1 標準溫度計引入的標準不確定度分量

1 標準溫度計估讀誤差引入的標準不確定度

標準溫度計的分度值為0.1℃，讀數分辨力為其分度值的1/10，即0.01℃，不確定度區間半寬為0.01℃，服從均勻分布，故 0.006℃

2 標準溫度計讀數視線不垂直引入的標準不確定度

標準溫度計因視線不垂直的讀數誤差范圍為±0.01℃，不確定度區間半寬為0.01℃，服從反正弦分布，故 0.007℃

3 恒溫槽溫場不均勻引入的標準不確定度

標準溫度計與被檢表的感溫元件處在同一水平，故只需考慮恒溫槽的水平溫度均勻性。LT-95型恒溫槽的水平最大溫差均為≤0.01℃，則不確定度區間半寬為0.005℃，按均勻分布處理。故 0.003℃

4 恒溫槽溫度波動不均勻引入的標準不確定度

LT-95型恒溫槽的溫度波動度≤±0.01℃/30min，不確定度區間半寬為0.01℃，服從均勻分布，故 0.006℃

因為 、 、 、 互不相關，故

0.011℃

結束語

本文設計的溫度傳感器已通過國家檢測中心各項檢驗，并取得安標證，由于該傳感器具有測量精度高、穩定可靠，抗干擾能力強等特點，目前已經在煤礦安全監測監控系統和非煤礦山安全監測監控系統中得到大量應用。

參考文獻：

[1] 李建新，李聚春.由LM331構成單片機F/V精密數據采集電路[J].湖北教育學院學報，2007，24（8）：50-52.

[2] 張富景，葉家瑋.F/V轉換器在船模試驗水池拖車控制系統中的應用[J].現代電子技術，2008，（7）：131-1