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試析工业熱電阻檢定中産生偏差的原因

作時間:2019-03-25  来源:  作者:
   
    中心主旨 :工业化進程的加快,使得工业熱電阻在越来越多的行业和領域得到了應用,本身所具有的運行性能高、結構簡單、維護方便等優勢受到了技術人員的青睐。不過,工业熱電阻在檢定中经常出現偏差率高的問題,對其運行效率和穩定性産生了不容忽視的影響。本文從工业熱電阻的工作原理出發,就其檢定中産生偏差的原因,提出了相應的控制策略,希望能夠使得工业熱電阻的性能充分發揮出来。
0 引言
    科学技術飛速背景下,工业熱電阻憑借着自身穩定性強、測溫準确度高、結實耐用等優點,在工业生産、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,在工业熱電阻檢定中,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,工业熱電阻是一種具備溫度測量功能的傳感裝置,通常會與溫度變送裝置、溫度調節裝置及溫度顯示裝置配合使用,實現對于工业生産過程中溫度的測量、調節和控制(見圖 1)。工业熱電阻對于溫度的測量主要是利用了導體或者半導體的電阻值會随着溫度的變化發生相應變化的特性,在其實際使用過程中,測量物質的電阻變化情況會被工业熱電阻中的儀表直觀呈現出来。
    相比較其他溫度測量裝置,工业熱電阻具備幾個比較顯著的特點,一是其結構部件采用的是壓簧式,抗振性能優越 ;二是與一般溫度測量儀器的測量角度存在很大區别,能夠提高溫度測量結果的準确性 ;三是工业熱電阻的結構簡單,穩定性強,在不同類型的工业生産中有着良好的适用性,能夠滿足其對于溫度測量的不同需求 ;四是工业熱電阻内部獨特的薄膜電阻構件可以提升其物理性能,保證設備的正常使用[1] 。
工业熱電阻
2 工业熱電阻檢定中産生偏差的原因及控制
    工业熱電阻的檢定方法有兩種,一是電位差計檢定,主要是基于國家相關标準,利用電位差計来對尚未檢定物質在不同溫度條件下的電阻系數變化進行測量,在檢定過程中不僅需要用到電位差計,還需要大量的輔助設施,包括電阻、電池、導線等,操作相對繁瑣 ;二是電橋測量檢定,主要是運用測溫電橋裝置與其他設備的配合,針對工业熱電阻檢測物體内部電阻的過程進行測量,这種檢定方式對于外部環境要求較高,而且測量方式複雜,檢定過程容易出現誤差[2] 。
2.1 水三相點瓶使用偏差
    水三相點瓶在工业熱電阻運行中發揮出的主要作用是保溫,在對特殊種類金屬的溫度進行檢定時通常會用到,例如,在《工业鉑、銅熱電阻》 (JJG 229-2010)中,明确提出,應該利用水三相點瓶及其保溫容器進行标準鉑電阻溫度計電阻值的測定,水三相點瓶對于工业熱電阻後期測量結果存在直接影響,如果其無法正常運行,還可能會導致工业熱電阻的運行風險。基于此,需要技術人員重視水三相點瓶的使用,而一旦操作失誤,就可能導致工业熱電阻的檢定偏差 :一是在水三相點瓶中放入标準鉑電阻溫度計之前,将必要的預冷環節忽略。實際上,在對水三相點瓶進行操作前,要求檢測人員必須預先将标準鉑電阻溫度計放入到相應的制冷恒溫槽中,做好必要的預冷處理工作,等到溫度計顯示數值與水三相點瓶一致,或者兩者之間的誤差不超過 0.01℃時,才能進行測量,分析原因,主要是在利用熱電阻進行溫度測量的過程中,必然伴随着一定的熱量交換,容易引發傳熱誤差,通過對溫度計的預冷處理,能夠避免将外界溫度代入瓶中,從而杜絕傳熱現象引發的測量偏差[3];二是在水三相點瓶完成凍制後,立即投入使用。實際上,剛剛凍制好的水三相點瓶三相點溫度偏低,凍制過程較大的過冷度會導致冰晶尺寸偏小,容易産生較大的應力,如果立即将其應用到溫度測量中,過于強烈的内外溫差不僅會對工业熱電阻檢定結果的準确性産生影響,嚴重的甚至可能引發安全事故。因此,正确的操作應該在将凍制好的水三相點瓶于接近 0.01℃的環境下放置 30min,待其穩定後再投入使用,这樣能夠确保冰晶尺寸合理,消除應力作用,從而保證測量結果準确可靠。
2.2 電測設備使用偏差
    結合《工业鉑、銅熱電阻》 (JJG 229-2010)分析,對于 A級乃至 AA 級電阻的檢定,必須采用 0.005 級或者更高等級的電測設備。在不斷的發展過程中,很多市級計量部門開始将原本的電測設備更換为了對應等級的數字多用表,但是在这種情況下,很容易出現因为電測設備操作不當引發的測量偏差。具體来講,一是沒有做好量程選擇工作。合理的量程對于測量檢定工作有着非常重要的作用,如果量程選擇偏高,則會對測量準确性産生影響,如果量程選擇偏低,可能導致測量結果超出量程範圍,無法直觀顯示出来。而在實際操作中,也可以設定为自动量程,由系統自主确定,但是这樣的方式可能造成讀數延遲,測量時間間隔難以得到有效保障。因此,對于技術人員而言,檢定過程中必須依照實際情況,對量程進行合理選擇[4];二是沒有做好數字多用表調節。在對熱電阻阻值進行測量時,需要通過一定電流,檢定環節通常要求通過熱電阻的電流不超過 1mA,之所以如此,主要是因为當電流從熱電阻中通過時,會在其感溫元件及引線上産生焦耳熱,繼而形成相應的溫度梯度,受这種内部熱效應影響,電阻的溫度會逐漸身高,引發測量偏差問題。因此,在工业熱電阻檢定環節,如果使用的是數字多用表,應該将其調節到低電流檔。考慮内容熱效應引發的測量偏差大小會受到流经熱電阻電流大小的影響,不能一概而論,为了保證檢定結果準确可靠,采用兩支工业鉑熱電阻,在 0℃進行實验,保持其他試验條件不變,僅僅增加通過鉑熱電阻的電流值,試验結果如表 1 所示。
試验數據表
    結合表 1 數據分析,雖然通過增加流经鉑熱電阻電流的方式,能夠提升測量的靈敏度,不過電流越大,電阻内部熱效應也越大,測量偏差值同樣會随之增大。當電流达到 5mA 時,1 号鉑熱電阻的測量值如果換算成溫度,較上級計量部門的檢定結果高出約 0.03℃,2 号鉑熱電阻測量值在換算成溫度後,較檢定結果高出 0.04℃。因此,在工业熱電阻檢定中,應該對電流進行控制,在保證測量靈敏度的情況下,盡可能減小自熱效應[5] 。
3 結語
    工业熱電阻檢定中,可能出現檢定結果偏差的問題,對偏差産生的原因進行分析,主要是工作人員的操作缺乏規範性。基于此,應該對工业熱電阻檢定步驟進行明确,做好風險分析預防工作,采取有效措施来減少和杜絕偏差,以此来保證檢定結果真實有效。
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