1、概述
溫度在測試中極其重要，溫度變送器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，一體化溫度變送器將溫度傳感器和溫度變送器合二為一，將溫度傳感器的溫度信號(毫伏或電阻)轉化為標準化輸出信號。目前一體化溫度變送器使用的相對較多，現階段校準均對其溫度傳感器和溫度變送器單獨進行校準，從校準數據來看，有些溫度傳感器送器偏差較大，用戶在配套使用一體化溫度變送器時會存在誤差疊加或抵消現象。本文對一體化溫度傳感器(熱電阻型)進行單獨校準和整體校準，并對一體化溫度變送器校準結果進行不確定度影響因素分析，從而得出最佳的校準方法。
1.1 校準對象、條件
在環境溫度：(20±5)℃，相對濕度：45%～75%，周圍除地磁場外。以昌暉儀表制造有限公司生產的WZPB-9型二等標準鉑電阻溫度計測量-50℃～100℃、溫度變送器測量-50℃～100℃，輸出4-20mA。以校準100℃對應輸出20mA為例，以不同方式進行一體化溫度變送器校準，對一體化溫度變送器測量結果進行不確定度影響因素分析。
1.2 一體化溫度變送器校準方法
①單獨校準：檢定鉑電阻時，將被檢鉑電阻與二等標準鉑電阻溫度計一同放入恒溫槽中，讀取各自輸出的電阻值；校準溫度變送器時，將模擬的標準鉑電阻信號輸入至溫度變送器，通過變送輸出，用高精度數字萬用表測量其變送輸出電流值。
②整體校準：將被檢一體化溫度變送器與二等標準鉑電阻一同放入恒溫槽中，用高精度數字萬用表讀取標準鉑電阻的電阻值，溫度變送器的變送輸出電流值。
1.3 測量標準
①金屬管二等標準鉑電阻溫度計(型號：WZPB-9)：
(dR/dt)100=0.37928 Ω/℃、復現性±5mK、周期穩定性±10mK。
②FLUKE1560型堆棧式測溫儀
標準電阻測量±(0.002%RDG+0.0005Ω)、被檢電阻測量±(0.004%RDG+0.001Ω)。
③Microcal200型多功能校驗儀
電流測量±(0.02%RDG+0.4μA)、Pt100輸出±(0.02%RDG+0.05℃)。
④恒溫槽
均勻性≤0.01℃、溫度波動≤±0.02℃/10 min。
1.4 測量數據
標準電阻平均值為35.352Ω、被檢電阻平均值為138.2610Ω、單獨校準方法測量電流值平均值為20.003mA、整體校準方法測量電流值平均值為19.936mA。
2、數學模型
單獨校準和整體校準測量模型詳見JJF1183-2007《溫度變送器校準規范》和JJG229-2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》。
3、影響因素分析
3.1 單獨校準
3.1.1 鉑電阻檢定影響因素的不確定度分析凡由重復性誤差引入分量的都采用A類評定方法進行評定，其他分量引入的都采用B類評定方法進行評定，按均勻分布考慮，包含因子(以下全同)。
①輸入量Δth引入的標準不確定度分量u(Δth)
輸入量u(Δth)引入的標準不確定度分量主要來源于被檢鉑電阻重復性誤差、恒溫槽插孔之間的溫差、電測設備和電測設備自熱效應引入的誤差。各分量為：被檢鉑電阻重復性誤差約為0.003℃，恒溫槽插孔之間的溫差約為0.012℃，電測設備約為0.009℃，電測設備自熱約為0.002℃。由于各分量彼此相互獨立，因此輸入量u(Δth)引入的不確定度分量約為0.015℃。
②輸入量u(Δt*h)引入的標準不確定度分量u(Δt*h)
輸入量u(Δt*h)引入的標準不確定度分量主要來源于標準鉑電阻溫度計復現性、標準鉑電阻溫度計周期穩定性、自熱效應和電測設備。各分量為：標準鉑電阻復現性約為0.003℃，標準鉑電阻周期穩定性約為0.006℃，恒溫槽自熱效應約為0℃(100℃時其處于較高溫度，自熱影響可以忽略不計)，電測設備約為0.002℃。由于各分量彼此相互獨立，因此u(Δt*h)引入的不確定度分量約為0.007℃。
③合成標準不確定度
輸入量Δth和Δt*h相互之間彼此獨立，可得合成標準不確定度約為0.017℃。
從上述分量可看出鉑電阻檢定主要誤差來源于恒溫槽插孔之間的溫差。
3.1.2 溫度變送器校準影響因素的不確定度分析
①輸入量Ad引入的標準不確定度分量u(Ad)
輸入量u(Ad)引入的標準不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為：電流測量重復性約為0.0003mA，溫度校驗儀測量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨立，因此u(Ad)引入的不確定度分量約為0.0025mA。
②輸入量ts引入的標準不確定度分量u(ts)
輸入量引入的標準不確定度分量主要來源于溫度校驗儀輸出誤差和專用連接導線誤差。各分量為：溫度校驗儀輸出誤差約為0.04℃，專用連接導線約為0.043℃。由于各分量彼此相互獨立，因此u(ts)引入的不確定度分量約為0.06℃。
③)合成標準不確定度
輸入量Ad和ts相互之間彼此獨立，可得合成標準不確定度約為0.0069mA。從上述各分量可看出溫度變送器校準主要誤差來源于連接導線。根據上述單獨校準不確定度分析可知：鉑電阻合成標準不確定度為0.017℃，溫度變送器合成標準不確定度為0.0069mA約為0.065℃，用ΔAt=實表示單獨校準的合成誤差，則：ΔAt=實≈0.067℃。
3.2 一體化溫度變送器整體校準
①輸入量引入的標準不確定度分量主要來源于被校變送器電流測量的重復性和溫度校驗儀的測量誤差。各分量為：電流測量重復性約為0.0003mA，溫度校驗儀測量誤差約為0.0025mA。由于各分量彼此相互獨立，因此引入的不確定度分量約為0.0025mA。
②輸入量引入的標準不確定度分量主要來源于恒溫槽插孔之間的溫差、標準鉑電阻復現性、標準鉑電阻周期穩定性、電測設備、電測設備自熱、恒溫槽自熱效應和專用連接導線。各分量為：恒溫槽插孔之間約為0.012℃，標準鉑電阻溫度計復現性約為0.003℃，標準鉑電阻溫度計周期穩定性約為0.006℃，電測設備約為0.002℃，恒溫槽自熱效應約為0℃，電測設備自熱約為0.002℃，專用連接導線約為0℃(被檢輸出信號線直接連接至輸入信號端鈕上，故不存在連接導線誤差)。由于各分量彼此相互獨立，因此引入的不確定度分量約為0.024℃。
③輸入量和相互之間彼此獨立，可得合成標準不確定度分量約為0.0036mA。從上述分量可看出一體化變送器校準主要誤差來源于恒溫槽插孔之間的溫差。根據上述整體校準不確定度分析可知：整體合成標準不確定度為0.0036mA，約為0.034℃，用ΔAt=實表示整體校準的合成誤差，則：ΔAt=實=uc(ΔAt)≈0.034℃。根據對兩種種校準方式的不確定度分析，從校準結果可看出整體校準方式的結果略優于單獨校準結果，但兩者的校準結果均滿足其準確度等級。
4、結語
①通過對一體化溫度變送器校準結果影響因素進行不確定度分析和評定可看出單獨校準和整體校準這兩種校準方式均可行。
②從時間成本、計算復雜程度、油槽溫度限制(油槽最高溫度300℃)等方面考慮，可優先選擇單獨校準方式。
③如一體化溫度變送器的測量結果介于兩相鄰準確度等級之間，則應采取整體校準方法進行一體化溫度變送器驗證。
④通過實驗驗證比較，在校準過程中使用的連接導線應盡量使用同一根銅導線(不超過1m)截取成3、4段進行連接，減小其帶來的誤差。
作者：(中國航發四川燃氣渦輪研究院)袁杰、董艷慧、林興梅
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