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• 關鍵詞： 溫度調節儀表
• 摘要：溫度顯示及調節儀表通過傳感器將被測對象的溫度轉變成數字形式的顯示值或模擬式指示值,并對所測溫度進行調節。該類儀表接受標準化模擬直流電信號或其他產生電阻變化的傳感器信號就可以測量和控制其他物理量。本文提出了一種檢定方法供大家探討,并為今后制定國家計量檢定規程提供參考。

0　引言

溫度顯示及調節儀表通過傳感器將被測對象的溫度轉變成數字形式的顯示值或模擬式指示值,并對所測溫度進行調節。該類儀表接受標準化模擬直流電信號或其他產生電阻變化的傳感器信號就可以測量和控制其他物理量。

在科研生產工作中,許多試驗設備大量使用了各種傳感器和溫度、濕度、壓力、流量等顯示及調節儀表。為了保證溫度顯示及調節儀表能準確地進行指示和調節,其各項技術指標,特別是指示基本誤差應符合相應的技術要求。因此,必須對溫度顯示及調節儀表進行計量檢定。國家專門制定了一系列的計量檢定規程,規定了技術要求、檢定條件、檢定項目和檢定方法等。其中,在檢定條件里對檢定標準器即標準源提出了相應的技術要求。如JJG617-96數字溫度指示調節儀計量檢定規程規定,選用的標準器,包括整個檢定設備的擴展不確定度應小于被檢儀表允許誤差的1/5,對于0·1級的被檢儀表應小于其允許誤差的1/3。但目前國家還沒有制定檢定溫度顯示及調節儀表用標準源(以下簡稱標準源)的計量檢定規程,各單位大量使用的標準源只能參照有關規程進行檢定,檢定工作存在一系列問題。為此,本文提出了一種檢定方法供大家探討,并為今后制定國家計量檢定規程提供參考。

1　檢定條件

1.1　檢定裝置

溫度顯示及調節儀表的輸入有各種熱電偶信號、熱電阻信號、mA信號和mV信號等電量信號,一般標準源通常可輸出其中的部分電量信號,功能較強的標準源為了能檢定多種溫度顯示及調節儀表,可輸出常用的大部分電量信號。因此,檢定標準源的測量標準器(通常采用7位半或8位半數字電壓表)應能測量mV信號、Ω信號、mA信號。

為檢定標準源輸出熱電偶參考端溫度自動補償后的熱電偶信號,檢定裝置中還應有經檢定合格,并有修正值的補償導線和0℃恒溫器(通常采用冰瓶)。為檢定標準源輸出的Ω信號,應有四根專用連接導線。

整套檢定裝置的擴展不確定度應小于被檢標準源擴展不確定度的1/3。

1.2　環境條件

環境溫度:(20±2)℃。測量標準器工作的環境溫度應符合其相應技術條件的要求。

相對濕度:45%RH~75%RH。

儀表的供電電源:電壓變化不超過額定值的±10%。除地磁場外,無影響儀表正常檢定的外磁場。

2　檢定方法

2.1　檢定線路的連接

檢定輸出熱電偶參考端溫度自動補償后熱電偶信號的標準源(或稱具有內補償的標準源)時,按圖1接線。

檢定輸出熱電阻信號的標準源時,按圖2接線。R為連接導線的阻值。

檢定輸出mV、mA信號的標準源時,按圖3接線。

2.2　通電預熱

接通電源后,標準源與測量標準器按生產廠規定的時間預熱。如果沒有明確規定,一般預熱30min,然后進行指示基本誤差的檢定。

2.3　檢定點的選擇

檢定輸出熱電偶信號、熱電阻信號的標準源時,檢定點包括上、下限在內,原則上均勻選取整十或整百攝氏度點,并且檢定點不應少于10個點。檢定輸出mV、mA信號的標準源時,檢定點應包括上、下限在內,均勻間隔選取10個檢定點。

2.4　指示基本誤差的檢定

標準源從下限開始(上行程時),分別輸出各被檢點溫度所對應的電量值,讀取測量標準器相應的指示值,直至上限。然后標準源從上限開始(下行程時),分別輸出各被檢點溫度所對應的電量值,讀取測量標準器相應的指示值,直至下限。下限檢定點只進行下行程的檢定,上限檢定點只進行上行程的檢定。用同樣的方法重復測量一次,取二次測量中基本誤差最大的作為該標準源的最大指示基本誤差。

3　指示基本誤差的數據處理

標準源的指示基本誤差按式(1)、(2)計算。

式中:

ΔA為用電量程表示的指示基本誤差,單位為mV、Ω或mA;

Ad為被檢點溫度所對應的標稱電量值,單位為mV、Ω或mA;

As為檢定時測量標準器的指示值,單位為mV、Ω或mA;

e為對具有內補償的標準源,e表示補償導線20℃時的修正值,單位為mV;對不具有內補償的標準源,e=0;

Δt為換算成溫度值的指示基本誤差,單位為℃;

為被檢點ti的電量值-溫度變化率,單位為mV/℃、Ω/℃或mA/℃。

在讀取電量值及相應的誤差計算中,小數點后保留的位數應使舍入誤差小于標準源允許誤差的1/10。由電量值換算成溫度值時,Δt的最后結果應按數據修約規則化整到末位數與標準源的分辨力相一致。判斷標準源是否合格應以化整后的數據為準。

4　檢定結果的處理

經檢定符合標準源使用說明書相應技術要求的標準源發給檢定證書,檢定證書應給出各檢定點溫度值及所對應的測量標準器指示值。對具有內補償的標準源應給出經修正后的測量標準器指示值。同時,給出檢定結果的測量不確定度;不合格的標準源發給檢定結果通知書,檢定結果通知書中也應給出上述結果,并注明不合格的情況。標準源的檢定周期一般不得超過1年。

5　問題討論

1)本文僅涉及了標準源的主要技術指標:指示基本誤差的檢定,作為計量檢定方法還應有外觀、分辨力、絕緣電阻、絕緣強度等檢定項目及相關的技術要求。

2)檢定具有內補償的標準源時,補償導線的作用非常重要。要求補償導線的穩定性要好,在20℃附近的修正值變化率要小,否則應使用實測環境溫度下的補償導線修正值。同時,檢定前應將被檢標準源置于恒溫室內一定時間,以保證其內部測溫元件與周圍環境等溫。檢定時,室內環境溫度應恒定或緩慢變化。

3)檢定過程中所用的補償導線,其修正值應有足夠的有效位數,使舍入誤差小于標準源允許誤差的1/10。

4)為檢定標準源輸出的Ω信號,應有四根專用連接導線。其阻值一般為0~5Ω,四根專用連接導線的電阻值應一致。

5)標準源通常可輸出多種電量信號,同時還有測量功能,但用戶可能只使用其中的部分功能,此時可只檢定標準源的用戶使用部分,并在檢定證書上注明。