一體化溫度變送器校準(zhǔn)方法初探及不確定度評定

李金華 馮彬

摘要：一體化溫度變送器具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，在側(cè)面攪拌結(jié)構(gòu)、局部保溫和強(qiáng)化散熱等技術(shù)方面能夠有效提高溫場性能，有利于提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過一體化溫度變送器校準(zhǔn)方法系統(tǒng)的確定，可以有效解決一體化溫度變送器在實(shí)際工作中的數(shù)據(jù)處理問題和線路連接問題，減少干擾因素的影響，從而有效提高檢測工作質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：一體化溫度變送器;校準(zhǔn)方法;不確定度評定

一體化溫度變送器主要是依靠溫度測量技術(shù)和電子技術(shù)進(jìn)行結(jié)合所形成的溫度控制技術(shù)，能夠?qū)囟茸兞哭D(zhuǎn)化為可傳送的輸出信號儀表，一體化溫度變送器的主要用于工業(yè)生產(chǎn)過程中對溫度參數(shù)的控制和測量，一體化溫度變送器在使用過程中可能會存在不確定度的影響，找出不確定度的影響因素，提出相關(guān)的解決對策，能夠有效提高一體化溫度變送器的校準(zhǔn)精度，進(jìn)而提高工業(yè)生產(chǎn)中對溫度測量和控制標(biāo)準(zhǔn)，常見的一體化溫度變送器可以分為熱電阻和熱電偶兩種類型。

1一體化溫度變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1總體設(shè)計(jì)

一體化溫度變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)主要包括標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽、多路數(shù)據(jù)采集裝置、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)以及計(jì)算機(jī)等。在進(jìn)行控制過程中標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽采用PID控溫，能夠?qū)⒐ぷ鲄^(qū)域的溫度控制在所設(shè)定的溫度點(diǎn)，多路數(shù)據(jù)采集裝置將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行連接，為一體化溫度變送器提供24伏的直流電源，計(jì)算機(jī)為主要的控制元件，利用計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽和多路數(shù)據(jù)采集裝置之間的通信功能，可以有效實(shí)現(xiàn)溫度變送器的校準(zhǔn)系統(tǒng)。

1.2校準(zhǔn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

一體化溫度變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)可以提供標(biāo)準(zhǔn)的恒溫槽，在該恒溫槽中設(shè)有兩組PID控溫系統(tǒng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)高溫和低溫之間的有效切換，從而確恒溫槽的穩(wěn)定性。另外，恒溫槽有外部通信接口，能夠和計(jì)算機(jī)的控制程序進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)自動溫度控制。利用PWM技術(shù)，可以將220度交流電源轉(zhuǎn)化為24伏直流電源，為一體化溫度變送器提供動力來源。在進(jìn)行測量過程中采用24位AD芯片的測量模塊進(jìn)行電阻測量和電流測量，測量的精確數(shù)可達(dá)7位，能夠有效滿足一體化溫度變送器的測量要求。并且，該硬件設(shè)計(jì)能夠有效實(shí)現(xiàn)人機(jī)互換的通訊模式，不僅可以單獨(dú)使用，還可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)使用，提高校準(zhǔn)系統(tǒng)的靈活性。

1.3校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在確保一體化溫度變送器各個(gè)功能組件正常運(yùn)行的狀態(tài)下，計(jì)算機(jī)能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)恒溫槽進(jìn)行溫度控制，利用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)能夠有效實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作區(qū)域的溫度誤差和穩(wěn)定性，依靠測量數(shù)據(jù)能夠判斷工作區(qū)域是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果工作區(qū)的溫度不符合要求，需要進(jìn)行溫度控制，如果工作區(qū)域的溫度符合要求，則需要依據(jù)多路數(shù)據(jù)采集裝置對鉑電阻溫度計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入。當(dāng)數(shù)據(jù)采集結(jié)束以后，判斷溫度點(diǎn)是否滿足校準(zhǔn)目標(biāo)，如果出現(xiàn)需要校準(zhǔn)的溫度點(diǎn)，則會進(jìn)入校準(zhǔn)過程，當(dāng)所有溫度點(diǎn)校準(zhǔn)完成以后，依靠裝置系統(tǒng)軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并形成相應(yīng)的校準(zhǔn)記錄。軟件系統(tǒng)的設(shè)定能夠直觀的反映出工作區(qū)域的溫度變化情況，并且該校準(zhǔn)軟件系統(tǒng)的操作方法較為簡單，計(jì)算機(jī)頁面顯示簡潔。

2校準(zhǔn)裝置

一體化溫度變送器校準(zhǔn)裝置包括計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和恒溫槽。將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和一體化溫度變送器放置于工作區(qū)域內(nèi)，計(jì)算機(jī)依靠校準(zhǔn)溫度點(diǎn)對工作區(qū)域內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)對工作區(qū)域內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)的溫度滿足條件時(shí)讀取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)。

2.1基于側(cè)面攪拌結(jié)構(gòu)的恒溫工作區(qū)域

恒溫工作區(qū)域內(nèi)的側(cè)面攪拌結(jié)構(gòu)主要是依靠扇葉轉(zhuǎn)動可以有效增加攪拌結(jié)構(gòu)的攪拌力度，從而有效提高恒溫工作區(qū)域的性能指標(biāo)。另外，攪拌結(jié)構(gòu)會安裝在工作腔體的側(cè)面，可以有效擴(kuò)展工作腔體的深度，從而有效解決溫度計(jì)測量儀器的插入深度不足。

2.2局部溫度控制和強(qiáng)化散熱

一體化溫度變送器校準(zhǔn)裝置將多種功能模塊形成高度集中，并集成于同一便攜式恒溫槽內(nèi)，可以有效解決工作區(qū)域內(nèi)介質(zhì)溫度對測量儀表的影響。一體化溫度變送器在恒溫區(qū)域進(jìn)行保溫措施，可以有效控制恒溫工作區(qū)對外的熱傳遞。另外，除去局部保溫技術(shù)減少高溫介質(zhì)向外的散熱，利用一體化溫度變送器校準(zhǔn)裝置進(jìn)行強(qiáng)化散熱措施，在一體化恒溫變速器恒溫槽的底部安裝散熱風(fēng)扇，頂部安裝排風(fēng)口，可以將恒溫槽內(nèi)的余熱進(jìn)行排除。

3校準(zhǔn)方法及不確定度分析

為了能夠說明一體化溫度變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠滿足日常的校準(zhǔn)工作，選擇配有Pt100的鉑熱電阻傳感器、測量范圍保持在0到100攝氏度、測量精度在0.5級、輸出電流為4到20mA的一體化溫度變送器校準(zhǔn)為研究對象，進(jìn)行不確定性研究及分析。

3.1校準(zhǔn)方法

將鉑電阻溫度計(jì)和一體化溫度變送器一起插入恒溫槽中，利用計(jì)算機(jī)多路采集監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和處理，顯示出合格的鉑電阻溫度計(jì)溫度值和一體化溫度變送器的電流值。

3.2不確定度來源

（1）鉑熱電阻溫度計(jì)引入的不確定度：第一，鉑熱電阻溫度計(jì)本身的自然效應(yīng)所以引起的不確定度;第二，鉑熱電阻溫度計(jì)穩(wěn)定性引入所造成的不確定度;第三，數(shù)字多用表在運(yùn)行過程中所引起的不確定度。

（2）一體化溫度變送器引入的不確定度：第一，數(shù)字電流表在使用過程中的誤差引入的不確定度;第二，數(shù)字電流表的分辨力波動造成的不確定度;第三，恒溫槽溫場溫差造成的不確定度;第四，一體化溫度變送器重復(fù)測量值造成的不確定度。

4結(jié)束語

通過對一體化溫度變送器校準(zhǔn)裝置的分析以及評定，可以看出一體化溫度變送器在工業(yè)溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，隨著校準(zhǔn)業(yè)務(wù)的不斷增長，該校準(zhǔn)裝置能夠有效解決一體化溫度變送器在實(shí)際工作中線路連接復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理程序繁瑣等相關(guān)問題，減少在測量過程中干擾因素的影響，有效提高檢測工作的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]呂穎.溫度變送器的測量結(jié)果不確定度評定[J].《計(jì)量技術(shù)》，2018（5）：61-64.

[2]王興東，閆軍，李振，殷世榮.一體化溫度變送器測量結(jié)果不確定度評定[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2008（04）：42-43.

[3]王喆，田昀，蔣靜.一體化溫度變送器（配熱電偶）測量結(jié)果的不確定度評定[C].第十八屆中國科協(xié)年會——分3 計(jì)量測試技術(shù)及儀器學(xué)術(shù)研討會.中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、陜西省人民政府，2016.