礦用溫度傳感器校準方法探究及應用

【摘要】本文主要介紹了礦用溫度傳感器相關計量特性，明確了校準條件，確定了校準項目和校準方法，同時給出相關測量結果的不確定度評定示例，為校準礦用溫度傳感器提供了一種可參考的方法。

【關鍵詞】礦用溫度傳感器；響應時間；信號傳輸誤差；校準方法；不確定度評定

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.073

Exploration and Application of Calibration Methods for Mining Temperature Sensors

WANG Hu

（Yulin Institute of Measurement Technology， Yulin 719000， China）

Abstract： The article mainly introduces the relevant metrological characteristics of mining temperature sensors， clarifies the calibration conditions， determines the calibration items and methods， and provides an example of uncertainty evaluation of relevant measurement results， providing a reference method for calibrating mining temperature sensors.

Keywords： mining temperature sensor； response time； signal transmission error； calibration method； uncertainty assessment

礦用溫度傳感器主要用于連續監測并顯示井下作業環境、通風巷道、密閉硐室內的環境溫度值。它能將井下監測點的環境溫度通過數據傳輸系統實時傳送給監測監控系統，并具備報警功能。該設備主要由感溫元件、數據處理單元、顯示單元、聲光報警裝置、信號輸出單元等組成。

目前，針對礦用溫度傳感器校準尚無統一的國家技術規范，大部分企業參照MT 381—2007《煤礦用溫度傳感器通用技術條件》或企業自定標準進行檢測，導致出現使用方法和校準參數不統一等問題。本文主要參考MT 381—2007《煤礦用溫度傳感器通用技術條件》等技術文件，探索研究了礦用溫度傳感器計量特性、校準條件和項目，明確了校準方法，對示值誤差測量不確定度進行了評定，不僅能解決工礦企業礦用溫度傳感器的計量需求，更好地評價設備計量性能，確保礦用溫度傳感器測量結果的一致性和準確性，還能為煤炭生產企業的安全生產提供更多的保障。

1計量特性

1.1示值誤差

示值誤差不超過±2.5%FS。

1.2重復性

重復性不超過最大允許誤差絕對值的1/2。

1.3響應時間

響應時間不大于10 s（在液體中）。

1.4信號傳輸誤差

信號傳輸誤差不超過±2.5%FS。

1.5報警點偏差

報警點顯示值與設定值的差值應不超過最大允許誤差的1/2。

1.6報警聲級強度

報警聲級強度符合使用要求，且應大于等于80 dB（A）。

1.7絕緣電阻

本安端與外殼間絕緣電阻值不低于50 MΩ。

2校準條件

2.1環境條件

溫度：15～35℃；相對濕度：≤80%。

2.2測量標準及其他設備

測量標準及其他設備如表1所示。

3校準項目和校準方法

3.1校準前檢查

傳感器應符合相關安全性規定，標識標志齊全，外殼無明顯劃痕和損傷，金屬部件不應有銹蝕和變形，機械連接部分應牢固可靠，無松動現象，通電后顯示屏和狀態指示燈（標志）顯示良好。

3.2示值誤差及重復性

在校準環境條件下，傳感器應進行充分預熱，時間應在30 min以上。校準時，溫度場應控制在校準溫度點附近，且一般不應超過±2℃，同時要求10 min內的變化不超過±0.10℃。待穩定后，記錄標準溫度計和傳感器測量值（在校準時，感溫元件切勿與金屬物件、恒溫槽壁等接觸）。

校準點應覆蓋整個測量范圍，且均勻分布，一般應包括測量上、下限在內的至少5個點。從低溫點到高溫點依次設置恒溫槽溫度，并使溫場達到穩定。待溫場穩定3 min后，分別記錄各自的顯示值，重復以上操作3次。傳感器的示值誤差為3次測量的算術平均值與標準溫度計實際值的差值，計算公式為：

3.6報警聲級強度

在低于50 dB（A）環境中，將聲級計（A計權）放置在傳感器的報警聲響器軸心正前方1 m處測量報警聲級強度，共測量3次，報警聲級強度為平均值。

3.7絕緣電阻

用絕緣電阻表測量傳感器本安端與其外殼裸露金屬件之間的電阻。

4復校時間間隔

使用單位可根據實際使用工況、儀器質量情況自主確定復校時間間隔。建議礦用溫度傳感器復校時間間隔不超過12個月。

5礦用溫度傳感器示值誤差的不確定度評定示例

5.1測量方法

將傳感器進行預熱，開啟恒溫槽，待溫度穩定至校準點規定的溫度值，將標準水銀溫度計和傳感器感溫元件放置在恒溫槽中，穩定3 min后，分別記錄標準水銀溫度計和傳感器示值，重復上述步驟測量10次。

5.2測量模型

5.3標準不確定度評定

5.3.1輸入量tP的標準不確定度

1）測量重復性引入的不確定度

在溫度為0.0℃、25.0℃、50.0℃、75.0℃、100.0℃校準點上分別做10次重復性連續測量，得各個校準點上的測量數據，見表2。

在實際測量中，使用3次測量的平均值作為礦用溫度傳感器在該校準點的測量結果。由表2可知該傳感器在50.0℃校準點的重復性最大，為0.11℃，測量重復性引入的不確定度采用A類方法評定，則：

因此，對于測量范圍為0～100℃，分辨力為0.1℃，示值誤差為2.5%FS的礦用溫度傳感器示值誤差校準結果的不確定度為：U = 0.3℃，k = 2，說明該校準方法可滿足溯源要求。

6結束語

礦用溫度傳感器作為礦用溫度計量器具，廣泛應用于煤礦安全生產中。本文結合礦用溫度傳感器計量特性和使用場景提出簡便可行的校準方法，并給出不確定度評定示例。根據不確定度評定結果可知，該方法可以滿足常用礦用溫度傳感器的校準、測試需求，為該類型設備的校準提供可借鑒的思路。

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【作者簡介】

王琥，男，1987年出生，工程師，碩士，研究方向為溫度、電磁計量及應用。

（編輯：李加鵬）