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熱電偶 http://ecigaretteb2c.com測溫儀大都帶有冷端補(bǔ)償系統(tǒng),我們采用“直接尋找補(bǔ)償值”方法來消除補(bǔ)償導(dǎo)線引起的誤差。以性能穩(wěn)定的直流電壓發(fā)生器或熱電偶溫度校驗儀作為源，以高精度數(shù)字多用表作為主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行監(jiān)測，從而對高精度熱電偶測溫儀進(jìn)行校準(zhǔn)。同時，對冷端補(bǔ)償進(jìn)行單獨的計量，更加準(zhǔn)確地校準(zhǔn)高精度熱電偶測溫儀。
一、校準(zhǔn)方案
1.校準(zhǔn)原理和典型線路圖
性能穩(wěn)定的直流電壓發(fā)生器或熱電偶溫度校驗儀通過數(shù)字按鍵，輸入熱電偶測溫儀所需校準(zhǔn)溫度點熱電勢。該模擬熱電勢值由高精度數(shù)字多用表作為主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行監(jiān)測，以調(diào)節(jié)熱電偶溫度校驗儀輸出熱電勢;此時被校高精度熱電偶測溫儀再通過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換采樣(或在A/D芯片進(jìn)行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換采樣)獲取信號的數(shù)字信息，最后通過單片機(jī)(或嵌入式系統(tǒng))將采集所得數(shù)字信息通過軟件計算成對應(yīng)的溫度值。同時，冷端測量電路自動測量的冷端溫度通過補(bǔ)償導(dǎo)線在測量端與冰點端的溫差所產(chǎn)生的補(bǔ)償熱電勢進(jìn)行補(bǔ)償。
2.冷端補(bǔ)償
(1)冷端補(bǔ)償必要性
由于冷端補(bǔ)償法的使用點多面廣，與熱電偶配用的溫度二次儀表大都帶有冷端補(bǔ)償系統(tǒng)，對這類儀表的檢測是溫度二次儀表檢測的一個重要部分。參照J(rèn)JG617-1996《數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀》檢定規(guī)程的規(guī)定，對與熱電偶配用的數(shù)字溫度二次儀表的基本誤差的檢測，采用的方法是將被檢儀表連接補(bǔ)償導(dǎo)線插入冰點器，再用銅導(dǎo)線與信號源連接,輸入直流電壓信號來測量儀表的誤差。考慮到以下幾個方面:補(bǔ)償導(dǎo)線盡管有20℃時的修正值，其修正值本身的擴(kuò)展不確定度U=0.3℃(k=2);由于材料氧化、彎折而引起應(yīng)力變化等會帶來性能的漸變及熱電偶的不穩(wěn)定;溫度差異帶來的修正值的差異，冷端溫度并不一定是20℃，而修正值一律采用20℃時的修正數(shù)據(jù)，存在一定誤差。采用直接尋找補(bǔ)償值，來消除補(bǔ)償導(dǎo)線引入的誤差。
(2)冷端補(bǔ)償方式
為了減少補(bǔ)償導(dǎo)線所帶來的誤差，嘗試采用能在20℃附近調(diào)溫的恒溫槽來代替冰點器，該恒溫槽溫度設(shè)定偏差要求不高，均勻性必須保證不大于0.10℃。將恒溫槽的溫度設(shè)定為T0=20℃，補(bǔ)償導(dǎo)線一端短接插入恒溫槽，另一端直接接入被檢儀表(高精度數(shù)字多用表儀表)。如被檢儀表有零位校正功能則先校正零位。待被檢儀表冷端恒定后，測量此時的電勢值Δe，按式(1)將其換算成溫度值ΔT:
式中:——熱電偶在20℃時的微分電勢值。
將恒溫槽溫度調(diào)整為T1，待槽溫恒定后，再測電勢值Δe，重復(fù)以上步驟，直到ΔT盡可能接近零，即恒溫槽的溫度與被檢儀表的冷端溫度一致(一般取ΔT<0.10℃)，此時用被檢儀表讀取示值td。另用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻讀取恒溫槽溫度t0。按檢定規(guī)程的規(guī)定方法對被檢儀表進(jìn)行檢測，只是用Δe來代替原來補(bǔ)償導(dǎo)線20℃時的修正值，這樣可以提高標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度，從而實現(xiàn)對高準(zhǔn)確度的配熱電偶測溫儀表的檢定。
(3)冷端補(bǔ)償綜合誤差
同時也可以精確地測出被檢儀表的冷端補(bǔ)償誤差Δt補(bǔ):
式中:Δt補(bǔ)——被校高精度熱電偶測溫儀的冷端補(bǔ)償誤差;td——由被檢熱電偶測溫儀讀取的溫度指示值;t0——由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻讀取恒溫槽溫度值;Δe——補(bǔ)償導(dǎo)線實際溫度下的修正值;——熱電偶在20℃時的微分電勢值。
3.校準(zhǔn)計算
性能穩(wěn)定的直流電壓發(fā)生器或熱電偶溫度校驗儀、高精度數(shù)字多用表、高精度熱電偶測溫儀一起在校準(zhǔn)環(huán)境條件下恒溫2h以上，并通電預(yù)熱30min。其中，高精度數(shù)字多用表測量前需自校清零或手動清零。而對于零點和量程可調(diào)的溫度校驗儀，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行調(diào)校，校準(zhǔn)過程中不允許再做調(diào)校。校準(zhǔn)時采用高精度數(shù)字溫度計(如自校式鉑電阻溫度計等)進(jìn)行監(jiān)測，并做好冰點器恒溫工作，取校準(zhǔn)開始和結(jié)束兩次平均值計算零點修正值。計算公式(以輸入基準(zhǔn)法為例):
式中:t——被校熱電偶測溫儀顯示的溫度值;ts——標(biāo)準(zhǔn)儀器輸入電量值所對應(yīng)的被檢校溫度值;±b——被校熱電偶測溫儀的分辨力;——被校點ti的微分熱電勢;Δe——補(bǔ)償導(dǎo)線實際溫度下的修正值。
二、驗證
由上述分析不難發(fā)現(xiàn),校準(zhǔn)中最大的不確定度分量就是補(bǔ)償導(dǎo)線所帶來的不確定度。恒溫槽溫度與被檢儀表冷端的誤差一般控制在0.10℃以內(nèi)，同時補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值又是當(dāng)場測量的，因此，補(bǔ)償導(dǎo)線采用修正值后,其帶來的不確定度影響最小�，F(xiàn)采用高精度數(shù)字多用表HP3458A(8位半)進(jìn)行監(jiān)測，以性能穩(wěn)定的直流電壓發(fā)生器或熱電偶溫度校驗儀為源，配補(bǔ)償導(dǎo)線，按本文介紹的校準(zhǔn)方案制成校準(zhǔn)裝置。以美國FLUKE724溫度校驗儀作為被校儀表(本文以校準(zhǔn)其K分度熱電偶測量功能為例)，再與多功能校驗儀5520A對FLUKE724溫度校驗儀的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對(包含冷端補(bǔ)償誤差影響)，二者最大示值誤差為0.1℃，比對結(jié)果小于FLUKE726溫度校驗儀允差的1/3，結(jié)果滿意。
溫度計絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)，溫度計對于新制的熱電偶,即使是不均勻熱電動勢能滿足要求,但是,反復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變,也將失去均質(zhì)性,而且使用中熱電偶長期處于高溫下也會因偶絲的劣化而引起熱電動勢變化,例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶,將沿偶絲長度方向發(fā)生劣化,并隨溫度增高,劣化增強(qiáng),當(dāng)劣化的部分處于具有溫度梯度的場所,也將產(chǎn)生寄生電動勢疊加在總熱電動勢中而出現(xiàn)測量誤差。
在實踐中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計量部門檢定合格的產(chǎn)品(多為廉金屬熱電偶)到現(xiàn)場使用時卻不合格。再返回到計量部門檢定仍然合格,其中主要原因就是偶絲不均質(zhì)引起的。生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員都切身體會到,熱電偶的不合格率也隨其長度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響。總之,由不均質(zhì)即寄生電動勢引起的誤差,取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小,對其定量極其困難。
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