基于温度传感器自动检测系统的误差分析

秦凯

摘 要：在众多的仪器设备及产品测试中，一个重要的器件就是温度传感器。其自动检测系统在测量时，通过实时地对比被测件与标准器，保证测量结果的精确度，测量过程中，会存在一定的误差，为了保证测量的精确性，需要对误差进行科学的分析，文章中，介绍了温度传感器自动检测系统组成及原理，接着分析了温度传感器自动检测系统的误差。

关键词：温度传感器；自动检测系统；误差

前言

温度传感器的种类比较多，使用过程中，传感器具有稳定的性能，测量结果的准确性比较高，在生产及生活中，应用十分广泛。自动检测系统对温度传感器进行检测，从而有效地保证传感器能够正常的工作，系统检测过程中，由于不确定因素的存在，检测结果会存在一定的误差，误差的大小直接影响检测结果的准确性，并对传感器的质量产生影响，对此，就需要科学的进行误差分析，在测量中尽量将误差降至最低。

1 温度传感器自动检测系统组成及原理

在自动检测系统中，包含的组成部件比较多，主要有计算机、温度控制器、数字多用表、低电势转换开关、温度控制传感器、被检温度传感器（铂电阻）等。检测系统工作时，严格地按照一定的流程工作，具体如下：由恒温槽提供温度场，该温度场的稳定性良好，并且均匀，标准温度计在数字多用表的作用下，将电阻检测出来，低电势转换开关在控制之下，利用数字多用表，将各个被检测传感器的电阻检测出来，最后，通过计算机，电阻数据由数据采集卡读取。标准温度传感器的电阻值为标准值，将其与被检温度传感器测得的电阻值对比，将被检温度传感器的性能判断出来。

通过上述工作过程的阐述可知，在自动检测系统中，核心为控制计算机，控制时，被检测温度传感器、温度传感器等系统部件的控制由GPIB接口卡和通讯接口实现，同时，分析和处理校准数据时，也通过此接口卡和接口进行[1]。温度场必须要满足均匀性的要求，为了实现这一点，介质利用内部搅拌机搅拌，在此作用下，保证恒温槽内的温度均匀。此外，温度场还需要具有良好的稳定性，为了保证稳定性，恒温槽内介质的温度采用温度控制器来控制，在计算机的控制之下，同自控温度计一起，以一个反馈电路为基础，提供一个被校准的温度计与固定点或校准点所需的均匀稳定温度场。

2 温度传感器自动检测系统误差分析

2.1 误差的来源

自动检测系统在对温度传感器的工艺参数检测时，会存在一定的系统误差，这是无可避免的，但是当误差比较大时，工艺参数检测的准确性会降低。在自动检测系统工作过程中，系统各个组成部分都可能会引入误差，具体说来，误差的来源主要有四种，一种是重复检测温度传感器时所产生的误差，一种是检测过程中温度场的均匀性不满足要求产生的误差，一种是电测设备使用过程中产生的误差，一种是标准器产生的误差[2]。

2.2 误差不确定度的分析与评定

在对自动检测系统误差分析时，主要是将真值与测量值之间存在的差值找出，但无法找到真正的真值，因此，通过估计的方式，在某个量值范围内确定真值，对测量结果的误差进行表达时，为了提升表达的客观性，分析与评定测量结果时，采用不确定度的方式[3]。所谓不确定度，是指测量结果带有的一个参数，用以表征合理赋予被测量的分散性，是某个量值范围内，客观的评定被测量值。不确定度的表征方式为标准偏差，称之为标准不确定度，表示字母为u。

由于系统误差的来源比较多，分别对各个误差来源的不确定度进行评分和分析，在分析时，以具体的某型号温度传感器为例。第一，被测温度传感器测量重复性误差来源，将此误差来源的标准不确定度设置为u1，温度传感器在工作的过程中，输出电阻值具有不重复性的特点，由此引起u1的存在，评定时，采用A类方法，根据相应的规定要求，温度传感器选择为A级铂电阻，稳定性良好，利用自动测试系统连续测量6次，重复性的计算利用贝塞尔公式计算[4]；第二，温度场的不均匀性误差来源，将此误差来源的标准不确定度设置为u2，恒温槽和低温槽均采用深井式，由于其提供的温度场分布不均匀，引起测量误差，评定时，采用B类方法，按照检测要求，恒温槽的均匀性要小于0.01℃，由此一来，半区间的均匀性要小于0.005℃，通过这两个数值，将u2确定；第三，电测设备误差来源，在此误差来源中，将标准不确定设置为u3，回路寄生电势在利用堆栈式测温仪测量时，可引起误差，评定时，同样采用B类方法进行，依据相应的技术指标，可将u3的数值计算出来；第四，被测温度传感器误差来源，将此误差来源设置为u4，温度传感器选择的为标准铂，其所带有的阻值具有不重复姓，引起误差，评定时，采用B类方法。

2.3 检测系统总不确定度的评定

自动检测系统各个误差来源的标准不确定参数确定之后，将这四个分量合成在一起，形成的数值就是合成标准不确定度，表示方式为uc，随后，将uc在0℃和100℃时的测量值利用相应的公式计算出来，形成合成标准不确定度的具体参数。在对测量结果进行表示时，为了提升表示的准确性，需要对测量区间进行限定，限定时，需要满足测量区间包含大部分被测量值的要求，因此，表示时采用扩展不确定度。计算扩展不确定度时，利用标准不确定度uc和包含因子k相乘，扩展不确定度同样包含两个，分别为0℃时和100℃时。自动检测系统的不确定度分析和评定完成之后，可确定各个误差来源具体产生的影响，进而在利用系统检测时，关键性的注意这几个方面，降低误差，提升检测的准确性。

3 结束语

自动检测系统主要是对温度传感器的工艺参数进行测量，由于被测传感器测量重复性、温度场不均匀性等因素的存在，检测中会存在误差，进而影响检测的准确性，在明确误差来源的基础上进行误差分析，从而在日常使用中有效地观察这些方面的变化，提升检测的准确性。

参考文献

[1]赵艳，赵咏梅，姜成元.温度传感器自动检定技术[J].计量与测试技术，2011，9：25-26+29.

[2]张在宣，金尚忠，王剑锋，等.分布式光纤拉曼光子温度传感器的研究进展[J].中国激光，2010，11：2749-2761.

[3]孙向荣，吴志凌，曾正.光栅测长机热误差修正温度测量系统研制[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2013，11：1300-1303.

[4]苏彩红，林梅金，邓嘉华，等.基于无线传感网络的机床热误差智能检测系统设计[J].自动化与信息工程，2014，4：21-24+48.