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試析工業熱電阻檢定中産生偏差的原因

作時間:2019-03-25  來源:  作者:
   
    中心主旨 :工业化进程的加快,使得工业熱電阻在越来越多的行业和领域得到了应用,本身所具有的运行性能高、结构简单、维护方便等优势受到了技术人员的青睐。不过,工业熱電阻在检定中经常出现偏差率高的问题,对其运行效率和稳定性产生了不容忽视的影响。本文从工业熱電阻的工作原理出发,就其检定中产生偏差的原因,提出了相应的控制策略,希望能够使得工业熱電阻的性能充分发挥出来。
0 引言
    科學技術飛速背景下,工業熱電阻憑借著自身穩定性強、測溫准確度高、結實耐用等優點,在工業生産、精密測量等領域得到了應用,發揮出了相當積極的作用。不過,在工業熱電阻檢定中,存在一些導致測量偏差的因素,其不僅會造成檢定數據偏差,還可能直接影響檢定結果判定,需要技術人員的重視和解決。
1 工业熱電阻的工作原理
    實際上,工業熱電阻是一种具备温度测量功能的传感装置,通常会与温度变送装置、温度调节装置及温度显示装置配合使用,实现对于工业生产过程中温度的测量、调节和控制(见图 1)。工业熱電阻对于温度的测量主要是利用了导体或者半导体的电阻值会随着温度的变化发生相应变化的特性,在其实际使用过程中,测量物质的电阻变化情况会被工业熱電阻中的仪表直观呈现出来。
    相比较其他温度测量装置,工业熱電阻具备几个比较显著的特点,一是其结构部件采用的是压簧式,抗振性能优越 ;二是与一般温度测量仪器的测量角度存在很大区别,能够提高温度测量结果的准确性 ;三是工业熱電阻的结构简单,稳定性强,在不同类型的工业生产中有着良好的适用性,能够满足其对于温度测量的不同需求 ;四是工业熱電阻内部好特的薄膜电阻构件可以提升其物理性能,保证设备的正常使用[1] 。
工业熱電阻
2 工业熱電阻检定中产生偏差的原因及控制
    工业熱電阻的检定方法有两种,一是电位差计检定,主要是基于国家相关标准,利用电位差计来对尚未检定物质在不同温度条件下的电阻系数变化进行测量,在检定过程中不仅需要用到电位差计,还需要大量的辅助设施,包括电阻、电池、导线等,操作相对繁琐 ;二是电桥测量检定,主要是运用测温电桥装置与其他设备的配合,针对工业熱電阻检测物体内部电阻的过程进行测量,这种检定方式对于外部环境要求较高,而且测量方式复杂,检定过程容易出现误差[2] 。
2.1 水三相点瓶使用偏差
    水三相点瓶在工业熱電阻运行中发挥出的主要作用是保温,在对特殊种类金属的温度进行检定时通常会用到,例如,在《工业铂、铜熱電阻》 (JJG 229-2010)中,明确提出,应该利用水三相点瓶及其保温容器进行标准铂电阻温度计电阻值的测定,水三相点瓶对于工业熱電阻后期测量结果存在直接影响,如果其无法正常运行,还可能会导致工业熱電阻的运行风险。基于此,需要技术人员重视水三相点瓶的使用,而一旦操作失误,就可能导致工业熱電阻的检定偏差 :一是在水三相点瓶中放入标准铂电阻温度计之前,将必要的预冷环节忽略。实际上,在对水三相点瓶进行操作前,要求检测人员必须预先将标准铂电阻温度计放入到相应的制冷恒温槽中,做好必要的预冷处理工作,等到温度计显示数值与水三相点瓶一致,或者两者之间的误差不超过 0.01℃时,才能进行测量,分析原因,主要是在利用熱電阻进行温度测量的过程中,必然伴随着一定的热量交换,容易引发传热误差,通过对温度计的预冷处理,能够避免将外界温度代入瓶中,从而杜绝传热现象引发的测量偏差[3];二是在水三相点瓶完成冻制后,立即投入使用。实际上,刚刚冻制好的水三相点瓶三相点温度偏低,冻制过程较大的过冷度会导致冰晶尺寸偏小,容易产生较大的应力,如果立即将其应用到温度测量中,过于强烈的内外温差不仅会对工业熱電阻检定结果的准确性产生影响,严重的甚至可能引发安全事故。因此,正确的操作应该在将冻制好的水三相点瓶于接近 0.01℃的环境下放置 30min,待其稳定后再投入使用,这样能够确保冰晶尺寸合理,消除应力作用,从而保证测量结果准确可靠。
2.2 电测设备使用偏差
    结合《工业铂、铜熱電阻》 (JJG 229-2010)分析,对于 A级乃至 AA 级电阻的检定,必须采用 0.005 级或者更高等级的电测设备。在不断的发展过程中,很多市级计量部门开始将原本的电测设备更换为了对应等级的数字多用表,但是在这种情况下,很容易出现因为电测设备操作不当引发的测量偏差。具体来讲,一是没有做好量程选择工作。合理的量程对于测量检定工作有着非常重要的作用,如果量程选择偏高,则会对测量准确性产生影响,如果量程选择偏低,可能导致测量结果超出量程范围,无法直观显示出来。而在实际操作中,也可以设定为自动量程,由系统自主确定,但是这样的方式可能造成读数延迟,测量时间间隔难以得到有效保障。因此,对于技术人员而言,检定过程中必须依照实际情况,对量程进行合理选择[4];二是没有做好数字多用表调节。在对熱電阻阻值进行测量时,需要通过一定电流,检定环节通常要求通过熱電阻的电流不超过 1mA,之所以如此,主要是因为当电流从熱電阻中通过时,会在其感温元件及引线上产生焦耳热,继而形成相应的温度梯度,受这种内部热效应影响,电阻的温度会逐渐身高,引发测量偏差问题。因此,在工业熱電阻检定环节,如果使用的是数字多用表,应该将其调节到低电流档。考虑内容热效应引发的测量偏差大小会受到流经熱電阻电流大小的影响,不能一概而论,为了保证检定结果准确可靠,采用两支工业铂熱電阻,在 0℃进行实验,保持其他试验条件不变,仅仅增加通过铂熱電阻的电流值,试验结果如表 1 所示。
试验数据表
    结合表 1 数据分析,虽然通过增加流经铂熱電阻电流的方式,能够提升测量的灵敏度,不过电流越大,电阻内部热效应也越大,测量偏差值同样会随之增大。当电流达到 5mA 时,1 号铂熱電阻的测量值如果换算成温度,较上级计量部门的检定结果高出约 0.03℃,2 号铂熱電阻测量值在换算成温度后,较检定结果高出 0.04℃。因此,在工业熱電阻检定中,应该对电流进行控制,在保证测量灵敏度的情况下,尽可能减小自热效应[5] 。
3 结语
    工业熱電阻检定中,可能出现检定结果偏差的问题,对偏差产生的原因进行分析,主要是工作人员的操作缺乏规范性。基于此,应该对工业熱電阻检定步骤进行明确,做好风险分析预防工作,采取有效措施来减少和杜绝偏差,以此来保证检定结果真实有效。
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