一、概述
一體化溫度變送器(以下簡(jiǎn)稱“溫度變送器”)通常由傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器包括熱電阻和熱電偶兩種，標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)主要為4-20mA(或1V-5V)的直流電信號(hào)。
1、測(cè)量依據(jù)
JJF1183-2007《一體化溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》。
2、環(huán)境條件
環(huán)境溫度：15℃~35℃；相對(duì)濕度<85%。
3、測(cè)量方法
采用比較檢測(cè)法，本單位使用的標(biāo)準(zhǔn)器為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置。將溫度變送器的傳感器和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻插入同一恒溫槽內(nèi)，供給變送器24V電源。在測(cè)量范圍內(nèi)平均取5~7個(gè)點(diǎn)，并從測(cè)量下限溫度開始，自下而上依次測(cè)量輸出值。
二、測(cè)量模型(含有溫度顯示的儀表)
x=tx-ts
式中：x為被校溫度變送器讀數(shù)誤差值，℃；tx被校溫度變送器顯示值，℃；ts為標(biāo)準(zhǔn)器(一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì))示值，℃。
三、舉例
用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置，采用比較法校準(zhǔn)一體化溫度變送器。將溫度變送器的傳感器和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻插入同一恒溫槽內(nèi)，供給溫度變送器24V電源。從測(cè)量范圍的下限溫度開始，自下而上依次測(cè)量。在被校點(diǎn)溫度足夠穩(wěn)定后，輪流對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻和變送器的輸出進(jìn)行反復(fù)6次讀數(shù)。
選取被校對(duì)象為ROSEMOUNT3144P型熱電阻作為傳感器的溫度變送器，其測(cè)量范圍為0℃~100℃，輸出電流為4-20mA，顯示溫度值和電流值。檢測(cè)點(diǎn)選為0℃、25℃、50℃、75℃和100℃。下面以被校溫度變送器50℃點(diǎn)的示值誤差值為例進(jìn)行不確定度評(píng)定。
四、一體化溫度變送器不確定度評(píng)定
1、標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度ts
(1)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)溯源引入的不確定度μ1
根據(jù)一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定證書數(shù)據(jù)，50℃時(shí)一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u1=0.0012℃。
(2)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)水三相點(diǎn)變化引起的不確定度u2
取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)使用前后Rtp變化為3mK，按均勻分布，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u2=0.003/√3=0.0017℃。
(3)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)配電測(cè)儀器引入的不確定度u3
所選用Fluke1590型電橋的相對(duì)誤差不超過(guò)6×10-6，一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)以電阻的形式計(jì)算實(shí)際溫度。50℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)稱值為30Ω，計(jì)算：u3=6×10-6×30×10/√3=0.0010℃
2、被校溫度變送器引入的不確定度tx
(1)被校溫度變送器顯示分辨力引起的不確定度μ4
計(jì)算時(shí)被校溫度變送器顯示分辨力引起的誤差限為分辨力的1/2，即0.0005℃，按均勻分布計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u4=0.0005/√3=0.0003℃。
(2)被校溫度變送器示值重復(fù)性引起的不確定度u5
溫度計(jì)在50℃重復(fù)測(cè)量6次讀數(shù)如表1所示。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得
，則u5=s=0.0039℃
表1 溫度變送器在50℃重復(fù)測(cè)量6次的讀數(shù)
3、ts與tx比較引入的不確定度
(1)時(shí)間常數(shù)與恒溫槽波動(dòng)引入的不確定度u6
標(biāo)準(zhǔn)器與被校變送器時(shí)間常數(shù)不一致主要表現(xiàn)在恒溫槽波動(dòng)性上，恒溫水槽在50℃時(shí)，10min標(biāo)準(zhǔn)恒溫水槽波動(dòng)度為±0.004℃，按半?yún)^(qū)間計(jì)入，取恒溫槽波動(dòng)±0.004℃，反正弦分布，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u6=0.004/√2=0.0029℃。
(2)恒溫槽溫度場(chǎng)不均勻引入的不確定度u7
標(biāo)準(zhǔn)恒溫水槽在50℃時(shí)，均勻度為0.003℃，按均勻分布，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u7=0.003/√3=0.0018℃。
4、合成不確定度及擴(kuò)展不確定度計(jì)算
綜上分析所述，用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)溫度變送器(50℃)合成不確定度分量：
①標(biāo)準(zhǔn)器溯源的不確定度u1=0.0012℃；
②標(biāo)準(zhǔn)器Rtp變化引入的不確定度u2=0.0017℃；
③電測(cè)設(shè)備引入的不確定度u3=0.0010℃；
④被校變送器顯示分辨力引入的不確定度u4=0.0003℃；
⑤被校變送器重復(fù)性引入的不確定度u5=0.0039℃；
⑥時(shí)間常數(shù)與恒溫槽波動(dòng)引入的不確定度u6=0.0029℃；
⑦恒溫槽不均勻引入的不確定度u7=0.0018℃。
將上述相對(duì)不確定度合成得：
取包含因子k=2，則u=k×uc=0.006×2=0.02℃
五、結(jié)束語(yǔ)
由計(jì)算結(jié)果可以看出，本次用一等鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測(cè)顯示分辨力為0.001℃一體化溫度變送器的測(cè)量結(jié)果中，溫度變送器示值重復(fù)性是該方法不確定度的主要來(lái)源。對(duì)于使用其他標(biāo)準(zhǔn)器檢測(cè)低分辨力的一體化溫度變送器來(lái)說(shuō)，須按檢測(cè)時(shí)情況另行分析。
作者：(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)生瑩、張哲
