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溫度變送器( 配熱電阻) 的不確定度分析（Fluke 754應(yīng)用場景）

摘 要: 本文介紹了在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條件下，使用FLuke 754 過程校驗(yàn)儀校準(zhǔn)溫度變送器的方法，通過試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)建立測量模型，對(duì)其進(jìn)行了不確定度評(píng)定與傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法相比，使用Fluke 754 過程校驗(yàn)儀校準(zhǔn)溫度變送器所用配套設(shè)備少，減少中間測量環(huán)節(jié)，操作簡便，輸出與測量數(shù)據(jù)可同步顯示，更為直觀。


關(guān)鍵詞: Fluke 754; 溫度變送器; 測量模型; 校準(zhǔn); 不確定度分析


帶傳感器的變送器通常由兩部分組成： 傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻; 信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測量單元 信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成 ( 由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此信號(hào)轉(zhuǎn)換器作為獨(dú)立產(chǎn)品時(shí)也稱為變送器) ，有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能 變送器如果由兩個(gè)用來測量溫差的傳感器組成，輸出信號(hào)與溫差之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系，故稱為溫度變送器 變送器輸出信號(hào)與溫度變量之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系( 通常為線性函數(shù)) ，早期生產(chǎn)的變送器其輸出信號(hào)與溫度傳感器的電阻值( 或電壓值) 之間呈線性函數(shù)關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)主要為( 0~20mA) 和( 4~20mA) 或(1~5V) 的直流電信號(hào)。目前國內(nèi)外廣泛地使用集成溫度傳感器和相應(yīng)的組件組成溫度變送器。集成溫度變送器也開始投入使用 這些溫度變送器在整個(gè)溫度探測設(shè)備中處于核心的地位，其采集數(shù)據(jù)是否可靠直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，因此開展溫度變送器的不確定分析十分必要。


溫度變送器工作原理及配備的標(biāo)準(zhǔn)器


1、溫度變送器工作原理


熱電偶或熱電阻傳感器將被測溫度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再將該信號(hào)送入溫度變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)零和熱電偶補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)過調(diào)零后的信號(hào)輸入到運(yùn)算擴(kuò)大器進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)大，擴(kuò)大的信號(hào)一路經(jīng)V/I 轉(zhuǎn)換器計(jì)算處理后以4~20mA電流信號(hào)輸出; 另一路經(jīng)轉(zhuǎn)A/D換器處理后到表頭顯示。 溫度變送器的線性化電路有兩種，均使用反饋方法。對(duì)熱電阻傳感器，用正反饋方法校正，對(duì)熱電偶傳感器，用多波段折線逼近法進(jìn)行校正溫度變送器有兩種顯示方法。LCD 顯 示 和LED 顯 示前者是采用兩線制方法輸出，后者使用的是三線制方法輸出。


2、 配備的標(biāo)準(zhǔn)器


輸入標(biāo)準(zhǔn)器為ZX74 直流電阻箱，輸出測量標(biāo)準(zhǔn)器為Fluke 754 過程校驗(yàn)儀


實(shí)驗(yàn)室檢測原理及方法


1、Fluke 754 過程校驗(yàn)儀主要技術(shù)指標(biāo)

  • 測量范圍: (0-22mA )

  • 最大允許誤差: ±（0.02%讀數(shù) +0.003mA）

  • ZX74直流電阻箱主要技術(shù)指標(biāo)，如表1 所示


1.png


2、測量對(duì)象


配熱電阻溫度變送器( 簡稱溫變) 標(biāo)準(zhǔn)測量范圍為( -200~800°C) ，分別配對(duì)不同類型的熱電阻，測量范圍多種多樣; 儀表的允許誤差通常以輸出量程的α% 表示，其中 α分 0.1， 0.2，0.25 ， 0.5， 1.0這幾種; 輸出范圍主要有(0-10mA ) 和(4-20mA ) ，其中( 4-20mA) 最常見。


本次 評(píng) 定 對(duì) 象 為Pt100 分 度 測 量 范 圍 為 (0~200°C) ，輸出范圍為(4-20mA ) ，最大允許誤差±0.2%( 即 ±0.032mA)。


3、測量方法


依照 JJF 1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》 的校準(zhǔn)方法，在測量范圍內(nèi)選擇 5個(gè)溫度測量點(diǎn)，包括上限值和下限值正在內(nèi) 均等分布后各測量點(diǎn)依次為0 ，25 ，50， 75， 100°C。


檢查儀表的零點(diǎn)和滿量程輸出是否符合要求，否則應(yīng)對(duì)儀表的零點(diǎn)和滿度反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，按上行程和下行程方向，分別給變送器輸入各被檢定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電量值，讀取相應(yīng)實(shí)際輸出值，然后依次完成同樣操作構(gòu)成三個(gè)循環(huán)，取誤差最大值作為基本誤差。


熱電阻輸入的溫變測量接線示意圖如圖 1所示，( 圖 1為同時(shí)具有電壓和電流輸出的溫度變送器的接線，校準(zhǔn)時(shí)可根據(jù)儀表的實(shí)際輸出情況而定) ，儀表通電預(yù)熱5分鐘。


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