探讨便携式热工仪表检定仪的设计原理及示值误差检定方法

陈蒙蒙

摘 要：便携式热工仪表检定仪作为一种新型的热工仪表检定装置，具有操作方便、读数准确、携带方便和体积小等特点。探讨了便携式热工仪表检定仪的设计原理及示值误差检定方法，以供参考。

关键词：热工仪表；检定仪；设计原理；检定方法

中图分类号：TH81 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.112

文章编号：2095-6835（2016）20-0112-01

便携式热工仪表检定仪又称为检定仪，是一种新型的热工仪表检定装置，主要由我国研制而成。便携式热工仪表的操作非常简便，能够准确地读取数据，且体积小、方便携带，提升了检定的效率和质量。内部配备了相应的电势正负转换开关，方便了修理与零位检定。

1 A/D转换器的双积分式工作原理

双积分式A/D转换器的使用主要是利用自身双积分式，把需要检测的电压变成一个时间间隔，然后通过A/D转换器的双积分式将持续时间和需要检测的电压平均值形成正比例。一旦使用的计数器测量时间间隔，就能够在显示器上直接读取被测电压的平均值。在输入电路中输入被测电压Ux作用于电子开关，然后利用控制器让电子开关连接Ux端，借助积分器对Ux端进行采集，读取Ux积分。逻辑控制电路将采样指令发出以后，将采样时间T1变成固定值，同时，通过控制器将门开启，时钟脉冲经过检定仪的计数器后，读取时钟脉冲信息数据，并作好记录。一旦计数器计满，脉冲输出溢出来后就会通过控制器，对标准电压UR进行反向积分。如果积分器输出数值回到0电平时，检零比较器的输出信号就会通过控制器将门关闭，这时时钟脉冲计时数据就会形成被测电压的数字量。另外，为了有效解决便携式热工仪表检定仪末尾数字跳字与稳定性的问题，使用高质量积分电容和高精度电阻对变压器进行初、次级屏蔽，实现模拟、数字化的分离，然后将RC滤波器安装在信号输入端上，并使用带有静电屏蔽仪器外科屏蔽整个电子线路，为便携式热工仪表检定仪测量精度的稳定性提供保障。

2 示值误差检定方法

2.1 具体方法

从原理角度来分析，便携式热工仪表检定仪是一种常用的电子式仪表，具有自身特殊性，所以可按照直流数字电压表的检定规程来检定。直流数字电压表的误差检定方法一般直流标准电压发生器法、标准仪和比较法等。所以，在检定过程中，可根据相关的标准设备与被检仪器级别来选取符合的检定方法。

基于上述设计原理和准确度为0.05级可知，在检定过程中，可选择使用直流标准仪器法来测量示值误差。其工作原理主要是通过直流电位差计UJ51与被检检定仪表对同一个电压进行测量，然后根据获得的数据对实际值进行测量，以此检定示值误差。由于检定仪所需要的电阻率较高，所以，可以使用直流电位差计对检定仪进行检定，此时直流电位差计相当于直流标准电压源，从电压源中的电压端输入标准电压信号，再进行检定。如果直流电位差计输入标准电压UN后，可使用读取盘来读取数据信息，当被检检定仪读取数据显示为Ux时，便携式热工仪表检定仪按照检定规程计算，其基本误差为：

△=±（a%Ux+b%Um）. （1）

式（1）中：Ux为检定仪显示值；Um为满刻度值；a为级别精确度；b为与满刻度值相关的误差系数。

在检定过程中，必须注意以下事项：①必须使用0.01以上准确度较低的电势直流电位差计，方便检定仪测量上限小于使用的直流电位差计对上限进行检定，确保直流电位差计第一个十进盘中数据信息大于0示值。同时，测量盘的最小步进值低于检定仪的灵敏度，为检定提供保障。②检定之前，必须做好预热调零的准备工作。③在检定过程中，如果直流电位差计检流计灵敏度较低，可适当放置放大器，以此提升直流电位差计检流计的灵敏度。④及时检查设备的屏蔽和接地措施是否完善，防止受到共模和串模的干扰，排除泄露电流的影响因素。⑤在各个量程中均匀选择10个检定点检定示值误差，确保上升下降测量各1次。

2.2 实例分析

以Pt100型智能数显调节仪为例，测量点温度300 ℃，精度为±0.5%FS，对测量结果的误差不确定度进行分析。数学建模为：

Δt阻=t1阻+t2阻. （2）

式（2）中：Δt阻为仪表绝对误差值；t1阻为仪表的实际显示值；t2阻为标准器实际显示值。

灵敏度系数公式为：

uC阻2=cl阻2ul阻2+c2阻2u2阻2. （3）

在公式（3）中，cl阻=?△/ ?t1阻=1，c2阻= ?△/ ?t2阻=-1.

由于被测表为数字显示测量仪器，经过计算，u1阻≈0.037 ℃，Pt100型热电阻时准确度为0.1 ℃，测温探头对环境温度准确度为0.2 ℃，呈均匀分布，则u2阻不确定度在0.058～0.115 ℃之间。以t2阻的标准对u2阻的不确定度进行评定，u2阻≈0.13 ℃。

通过上述计算可知，以便携式校验仪器作为标准器，检测Pt100型智能数显调节仪，精度为±0.5%FS。当测量点环境温度为300 ℃时，测量误差结果不确定度为0.13 ℃。因此，校准环境条件是对热工仪表校准影响较大的因素。在检定仪工作过程中，需对环境温度进行调控，尽量将误差值缩小在最小范围内。

3 结束语

综上，便携式热工仪表检定仪是一种新型的热工仪表检定装置，通过对其设计原理和示值误差检定方法进行分析，必须从多个科学角度出发，使用先进设备完善检定仪，以此提升检定仪的精确度，让便携式热工仪表检定仪在计量检定与工业生产中充分发挥自身的优势。

参考文献

[1]魏东.数字式测温仪表检定仪的设计原理及检测方法[J].工业计量，2010，20（5）：39-41，44.

[2]张红光.数字式测温仪表检定仪示值误差的不确定度评定研究[J].信息通信，2012（2）：29-30.