检定温度显示及调节仪表用标准源的检定方法

0　引言

温度显示及调节仪表通过传感器将被测对象的温度转变成数字形式的显示值或模拟式指示值,并对所测温度进行调节。该类仪表接受标准化模拟直流电信号或其他产生电阻变化的传感器信号就可以测量和控制其他物理量。

在科研生产工作中,许多试验设备大量使用了各种传感器和温度、湿度、压力、流量等显示及调节仪表。为了保证温度显示及调节仪表能准确地进行指示和调节,其各项技术指标,特别是指示基本误差应符合相应的技术要求。因此,必须对温度显示及调节仪表进行计量检定。国家专门制定了一系列的计量检定规程,规定了技术要求、检定条件、检定项目和检定方法等。其中,在检定条件里对检定标准器即标准源提出了相应的技术要求。如JJG617-96数字温度指示调节仪计量检定规程规定,选用的标准器,包括整个检定设备的扩展不确定度应小于被检仪表允许误差的1/5,对于0·1级的被检仪表应小于其允许误差的1/3。但目前国家还没有制定检定温度显示及调节仪表用标准源(以下简称标准源)的计量检定规程,各单位大量使用的标准源只能参照有关规程进行检定,检定工作存在一系列问题。为此,本文提出了一种检定方法供大家探讨,并为今后制定国家计量检定规程提供参考。

1　检定条件

1.1　检定装置

温度显示及调节仪表的输入有各种热电偶信号、热电阻信号、mA信号和mV信号等电量信号,一般标准源通常可输出其中的部分电量信号,功能较强的标准源为了能检定多种温度显示及调节仪表,可输出常用的大部分电量信号。因此,检定标准源的测量标准器(通常采用7位半或8位半数字电压表)应能测量mV信号、Ω信号、mA信号。

为检定标准源输出热电偶参考端温度自动补偿后的热电偶信号,检定装置中还应有经检定合格,并有修正值的补偿导线和0℃恒温器(通常采用冰瓶)。为检定标准源输出的Ω信号,应有四根专用连接导线。

整套检定装置的扩展不确定度应小于被检标准源扩展不确定度的1/3。

1.2　环境条件

环境温度:(20±2)℃。测量标准器工作的环境温度应符合其相应技术条件的要求。

相对湿度:45%RH~75%RH。

仪表的供电电源:电压变化不超过额定值的±10%。除地磁场外,无影响仪表正常检定的外磁场。

2　检定方法

2.1　检定线路的连接

检定输出热电偶参考端温度自动补偿后热电偶信号的标准源(或称具有内补偿的标准源)时,按图1接线。

检定输出热电阻信号的标准源时,按图2接线。R为连接导线的阻值。

检定输出mV、mA信号的标准源时,按图3接线。

2.2　通电预热

接通电源后,标准源与测量标准器按生产厂规定的时间预热。如果没有明确规定,一般预热30min,然后进行指示基本误差的检定。

2.3　检定点的选择

检定输出热电偶信号、热电阻信号的标准源时,检定点包括上、下限在内,原则上均匀选取整十或整百摄氏度点,并且检定点不应少于10个点。检定输出mV、mA信号的标准源时,检定点应包括上、下限在内,均匀间隔选取10个检定点。

2.4　指示基本误差的检定

标准源从下限开始(上行程时),分别输出各被检点温度所对应的电量值,读取测量标准器相应的指示值,直至上限。然后标准源从上限开始(下行程时),分别输出各被检点温度所对应的电量值,读取测量标准器相应的指示值,直至下限。下限检定点只进行下行程的检定,上限检定点只进行上行程的检定。用同样的方法重复测量一次,取二次测量中基本误差最大的作为该标准源的最大指示基本误差。

3　指示基本误差的数据处理

标准源的指示基本误差按式(1)、(2)计算。

式中:

ΔA为用电量程表示的指示基本误差,单位为mV、Ω或mA;

Ad为被检点温度所对应的标称电量值,单位为mV、Ω或mA;

As为检定时测量标准器的指示值,单位为mV、Ω或mA;

e为对具有内补偿的标准源,e表示补偿导线20℃时的修正值,单位为mV;对不具有内补偿的标准源,e=0;

Δt为换算成温度值的指示基本误差,单位为℃;

为被检点ti的电量值-温度变化率,单位为mV/℃、Ω/℃或mA/℃。

在读取电量值及相应的误差计算中,小数点后保留的位数应使舍入误差小于标准源允许误差的1/10。由电量值换算成温度值时,Δt的最后结果应按数据修约规则化整到末位数与标准源的分辨力相一致。判断标准源是否合格应以化整后的数据为准。

4　检定结果的处理

经检定符合标准源使用说明书相应技术要求的标准源发给检定证书,检定证书应给出各检定点温度值及所对应的测量标准器指示值。对具有内补偿的标准源应给出经修正后的测量标准器指示值。同时,给出检定结果的测量不确定度;不合格的标准源发给检定结果通知书,检定结果通知书中也应给出上述结果,并注明不合格的情况。标准源的检定周期一般不得超过1年。

5　问题讨论

1)本文仅涉及了标准源的主要技术指标:指示基本误差的检定,作为计量检定方法还应有外观、分辨力、绝缘电阻、绝缘强度等检定项目及相关的技术要求。

2)检定具有内补偿的标准源时,补偿导线的作用非常重要。要求补偿导线的稳定性要好,在20℃附近的修正值变化率要小,否则应使用实测环境温度下的补偿导线修正值。同时,检定前应将被检标准源置于恒温室内一定时间,以保证其内部测温元件与周围环境等温。检定时,室内环境温度应恒定或缓慢变化。

3)检定过程中所用的补偿导线,其修正值应有足够的有效位数,使舍入误差小于标准源允许误差的1/10。

4)为检定标准源输出的Ω信号,应有四根专用连接导线。其阻值一般为0~5Ω,四根专用连接导线的电阻值应一致。

5)标准源通常可输出多种电量信号,同时还有测量功能,但用户可能只使用其中的部分功能,此时可只检定标准源的用户使用部分,并在检定证书上注明。