一体化温度变送器现场校准

王喆 崔尧尧 李强光 王晓丹 / 天津市计量监督检测科学研究院

0 引言

一体化温度变送器通常采用热电偶或热电阻作为测温传感器，将测温传感器输出的信号送到变送器模块，经过稳压滤波、预算放大、非线性校正、V/I转换、恒流和反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20 mA电流信号输出。因其具有测量准确度线性好、方便远距离传输等优点，正逐渐广泛应用于工业生产的各个领域[1]。

一体化温度变送器在实际应用中往往需要专业人员进行调试安装，安装在生产线上的设备对于使用人员不易拆解。所以在日常工作中，往往在安装前进行首次校准，而后因客户对于周期送检的积极性不高，需要计量机构派遣人员进行现场校准。现场校准使用的设备和测量方法没有统一规定。所以参照相关规范[2]，通过将现场校准结果和实验室校准结果的比较以及测量不确定度评定，评价现场校准一体化温度变送器装置的计量性能以及测量结果分散性是否符合相关要求[3]。

1 试验方法

一体化温度变送器（感温元件为工业铂电阻）在-80～300 ℃测量误差的校准方法是：将其与测量标准器放置在恒温槽内，尽可能地靠近，在近似热平衡的状态下，将其输出值（包括显示温度和输出电流值）与测量标准器的温度示值进行比较。一体化温度变送器是将温度变量转化为与之具有一定函数关系的标准化输出信号的仪表，通常由传感器与信号转化器组成，信号转化器包括测量单元、信号处理单元和转化单元。其原理组成如图1所示。

图1 一体化温度变送器原理

测量误差的计算如式（1）所示：

式中：ΔAt——变送器某温度点的测量误差，mA；

—— 变送器某温度点附近的实际输出的平均值，mA；

Am—— 变送器的输出量程，mA；

tm——变送器的输入量程，℃；

—— 测量标准器测得的平均值，℃；

t0——变送器输入范围的下限值，℃；

A0——变送器输出的理论下限值[4]，mA

实验样品为5支准确度等级为0.5级的传感器为Pt100热电阻的一体化温度变送器，其标准化输出信号为4～20 mA。校准温度点选择在其上、下限值和量程50%附近的三个温度点。

2 校准装置

变送器现场校准和实验室校准所用设备的区别不大，只是在恒温设备的使用上有所区别。现场校准所需的测量标准器和部分配套设备如表1所示。

表1 测量标准和配套设备表

所使用的恒温设备有所不同，实验室使用的是正常尺寸的恒温槽，恒温性能较好，如表2所示。

表2 实验室用恒温设备表

现场校准使用的是便携式恒温槽，根据需要更换导热介质，一般为乙醇、蒸馏水和硅油，其技术指标如表3所示。

表3 现场校准用恒温设备表[5]

3 校准结果的比较

同型号的5支实验样品在各校准温度点同时放入恒温槽中测量其测量误差，取其平均值作为现场校准测量误差和实验室校准测量误差，得到两者的差值，其结果如表4所示。

表4 实验结果

4 不确定度评定

4.1 不确定度分量

根据JJF 1059.1-2012的不确定度评定方法[6]，对现场校准一体化温度变送器进行不确定度分析和评定，以300 ℃（上限值）为例，其标准不确定度分量汇总表如表5所示。

表5 标准不确定度分量汇总表[7]

4.2 扩展不确定度

根据U=k·uc，k= 2，得到扩展不确定度，采用CMC单值表示[8]，如表6所示。

表6 扩展不确定度

5 结语

根据实验结果，可以比较出现场校准一体化温度变送器与实验室的差值并不大，其中最大的差值为5.2 μA，对于输出量程16 mA的0.5级温度变送器，其占比不到7%。根据现场校准一体化温度变送器测量结果的不确定度评定结果，扩展不确定度最大值为6.86 μA，相当于输出量程的0.04%，小于0.5%的三分之一。所以利用现场校准装置可以校准准确度为0.5级及以下的一体化温度变送器。