温度传感器测量不确定度的分析

吴迎振

江苏准成测量工程研究院有限公司 江苏南京 210000

在测量中，主要的目的就是检定计量器的准确性，评定其是否满足相关技术参数要求，使其测量的结果与真实值更加接近。在当今经济与科学技术的发展之中，考虑经高温或者是高湿条件的影响之下，温度传感器的准确性、稳定性也会随之下降，所以，建议应该定期对其进行测量，对不确定度进行分析评估，这样才可以保障温度测量的使用要求。

1 温度传感器不确定度的原因分析

在铂电阻温度传感器计量检定中，主要的组成部分有铂热电阻自动化检定系统、恒温槽、标准铂电阻温度计以及六位半数字多用表等[1]。在铂电阻温度传感器的应用过程中，导致其测量不确定度的原因主要有以下因素：

（1）温度测量的重复性；

（2）读数分辨能力；

（3）铂热电阻自动化检定系统误差；

（4）恒温槽均匀度；

（5）恒温槽场波动度；

（6）标准铂电阻温度计。

2 温度传感器不确定度分析数字模型的建立

本次分析查阅了大量的温度传感器不确定度评定资料之后，最终建立了一个满足铂电阻温度传感器测量不确定度的数字模型。以下是这个数字模型的计算公式：

△T=T-（T’+△t）

=T-（T’1+T’2+T’3+ △ t）

在以上的公式之中，温度传感器在各个温度点之中的示值误差用△T来表示，用被分析的温度传感器在各个温度点上进行六次测量，这六次的平均值用T来表示，用标准器在各个温度点上分别进行六次测量，其平均值用T’来表示，在这个温度点上，标准器的修正值用△t来表示，标准器所导致的测量误差用T’1来表示，温度场的均匀程度所导致的测量误差用T’2来表示，温度场波动度所导致的误差用T’3来表示。

根据相关的标准，在对该温度传感器的测量不准确度进行分析时，可以按照以下的测量模型来分析：

Y=N1M1+N2M2+N3M3+…+NnMn

如果每一个输入量之间都没有关联性，合成标准的不确定度可以通过如下的方法进行计算：

在分析过程中，可以对这个数字模型之中所有变量求偏导数，由此可以得出其灵敏度系数：

cT=ə △ T/əT=-1

cT’1=ə △ T/əT’1=-1

cT’2==ə △ T/əT’2=-1

cT’3=ə△ T/əT’3=-1

c△T=ə△T/ə△t=-1

因为每一个分量之间都没有相关性，所以温度误差的合成方差可以按照以下的公式进行计算：

U2（ △ T）=[cT×U（T）2]2+[cT’2×U（T’1）]2+[cT’2×U（T’2）]2+[cT’3×U（T’2）]2+[c△T×U（△ t）2

在以上的公式之中，被测温度传感器重复性所导致的不确定度用U（T）来表示，标准器所导致的不确定度用U（T’1）来表示，温度场均匀度所导致的不确定度用U（T’2）来表示，温度场波动所导致的不确定度用U（T’3）来表示，标准铂电阻温度计所引起的不确定度用U（△t）来表示。

3 温度传感器不确定度分析

3.1 重复性所导致的不确定度分析

在对重复性所导致的不确定度进行分析的过程中，对标准器之中的示值以及温度传感器之中的输出值每三十秒钟读取一次，连续进行六次的读取，由于测量次数比较少，所以评定的时候应用的是极差法[2]，其计算的公式如下：

在以上的公式之中，极差用R来表示，极差系数用C来表示，测量的次数用a来表示，将本次测量的数据带入到这个公式之中，就可以求出重复测量所导致的温度传感器不确定度，具体数据如下表所示：

表1 重复测量所导致的温度传感器不确定度

3.2 读数分辨力所导致的不确定度分析

在本次检测的温度传感器之中，其分辨力是0．01℃，由此可知，其不确定度的区间是±0．005℃，在分析过程中，按照均匀分布对读数分辨力所引起的不确定度进行分析，其不确定度的计算如下：

在0℃和10℃的检定点，由于读数分辨力所导致的不确定度比重复性所导致的不确定度小一些，所以在本次分析过程中，合成标准的不确定度通过重复性所导致的不确定度来进行计算。

3.3 铂热电阻自动化检定系统误差引起的不确定度分析

在本次分析所应用的铂热电阻自动化检定系统中，最大的允许误差是±0．03℃，由此可知，其不确定度的半宽区间是±0．03℃，在分析过程中，按照均匀分布对标准检测仪问题所导致的不确定度进行分析，其不确定度的计算如下：

3.4 恒温槽均匀度所导致的不确定度分析

在本次研究的温度传感器之中，所应用的恒温槽最大均匀度温差是0．01℃，由此可知，其不确定度的区间是±0．005℃，在分析过程中，按照均匀分布对温度场均匀度所导致的不确定度进行分析，其不确定度的计算如下：

3.5 恒温槽场波动所导致的不确定度分析

在本次研究的温度传感器之中，所应用的恒温槽波动度是每30分钟±0．01℃，由此可知，其不确定度的半宽区间是±0．01℃，在分析过程中，按照均匀分布对温度场波动所导致的不确定度进行分析，其不确定度的计算如下：

3.6 标准铂电阻温度计所引起的不确定度分析

根据本次研究所应用的标准铂电阻温度计相关证书可知，其标准铂电阻温度计引起的误差应在±0．03℃，因为标准铂电阻温度计对于每一个检测点造成的影响呈现出均匀分布的形式，所以由标准铂电阻温度计引起的不确定度计算如下：

4 结语

综上所述，在应用温度传感器进行温度测量的过程中，不确定度对于测量结果有着直接的影响作用。因此，相关人员应该全面了解造成温度传感器不确定度的原因，并通过对各个方面原因的综合分析来分析温度传感器的不确定度。这样才可以让温度传感器各个方面的问题得以有效避免，提升温度传感器的检测质量[3]。