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工業(yè)熱電阻因其測溫準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)結(jié)實耐用等優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)及精密測量中得到廣泛的應(yīng)用。熱電阻測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。工業(yè)熱電阻的感溫元件zui常見的有金屬鉑和金屬銅,這是因為金屬的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且容易提純,又因為鉑和銅的電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系更接近于線性關(guān)系,所以工業(yè)熱電阻一般采用Ptl00、Ptl0、Cu50、Cul00。目前工業(yè)熱電阻按照國家計量檢定規(guī)程JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》進(jìn)行檢定。
筆者在檢定工業(yè)熱電阻過程中發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)生測量偏差的因素,由這些因素產(chǎn)生的測量偏差,不僅會造成檢定數(shù)據(jù)偏差,甚至還會影響到檢定結(jié)果的判定。
下面對這些因素進(jìn)行歸納,并分析這些因素產(chǎn)生測量偏差的原因。
1 使用水三相點瓶時產(chǎn)生的偏差
水三相點瓶及其保溫容器是JJG 229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程中要求用來重測標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的R。值的,如果重測的R 值不準(zhǔn)確,將直接影響R。、R 。以及△僅的計算結(jié)果。在使用水三相點瓶時往往出現(xiàn)方法不正確引起的R 。測量偏差。除了能正確凍制水三相點瓶外,使用時容易造成 。測量偏差的原因有以下兩點:
(1)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計放入水三相點瓶之前未預(yù)冷。應(yīng)該先將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計放人制冷恒溫槽中預(yù)冷,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的溫度接近于水三相點0.01℃時,再將其放入水三相點瓶中測量。這是因為熱電阻測溫時,必然會通過熱電阻產(chǎn)生熱量交換,產(chǎn)生傳熱誤差。所以將標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計預(yù)冷是為了不把外界的熱量帶人到瓶內(nèi),避免傳熱現(xiàn)象帶來的測量偏差。
(2)水三相點瓶凍制完成后立刻使用。應(yīng)該將凍制好的水三相點瓶在接近于0.01℃的溫度下穩(wěn)定30min后再使用。這是因為剛凍制成的水三相點瓶,它的三相點溫度是偏低的(不同的凍制方法偏低的溫度值也不同),在凍制工程中,過冷度很大,造成冰晶的尺寸偏小,產(chǎn)生了較大的應(yīng)力。所以水三相點瓶凍制完成后,要在接近于0.01 的溫度下穩(wěn)定30min
后再開始測量,這樣才能使冰晶尺寸變大,慢慢消除應(yīng)力,保證測量值的準(zhǔn)確性。
2 使用電測設(shè)備時產(chǎn)生的偏差
依據(jù)JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程,對于*及A*熱電阻的檢定需要使用0.005級及以上等級電測設(shè)備。多數(shù)市級計量部門已把電測設(shè)備換成了相應(yīng)等級的數(shù)字多用表,這就存在著使用電測設(shè)備不當(dāng)帶來的測量偏差。使用電測設(shè)備不當(dāng)造成的測量偏差有以下兩點原因:
(1)檢定時量程選擇不當(dāng)。這是因為如果量程選擇過高,影響測量準(zhǔn)確度,造成測量偏差;量程選擇過低,會超范圍無法顯示;如果選擇自動量程,則會造成讀數(shù)延遲,不能保證測量的時間間隔。所以檢定時要選擇合適的量程。
(2)使用數(shù)字多用表檢定熱電阻時未使用低電流檔,導(dǎo)致通過熱電阻的電流過大。測量熱電阻阻值時,需要通過一定的電流,在檢定過程中通過熱電阻的電流應(yīng)不大于1mA。這是因為電流通過熱電阻時,在熱電阻的感溫元件和引線上產(chǎn)生焦耳熱并形成溫度梯度,由于這種內(nèi)部熱效應(yīng),使熱電阻自身溫度升高引起測量偏差,所以檢定過程中數(shù)字多用表應(yīng)放置在低電流檔上測量電阻值。
由于內(nèi)部熱效應(yīng)引起的測量偏差,其大小因流過熱電阻電流大小而不同,筆者用兩支工業(yè)鉑熱電阻在0℃二點進(jìn)行試驗,在其他試驗條件不變的情況下,不斷增大通過鉑熱電阻的電流,試驗數(shù)據(jù)如表1。
上一級計量部門檢定證書數(shù)據(jù)中1號鉑熱電阻為100.0023n;2號鉑熱電阻為100.0038Q。
從表1中數(shù)據(jù)可以看出,雖然流經(jīng)鉑熱電阻的電流增大可以提高測量靈敏度,但電流越大工業(yè)鉑熱電阻的內(nèi)部熱效應(yīng)越明顯,造成的測量偏差越大,當(dāng)通過鉑熱電阻的電流為5mA時,1號鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后,比上一級計量部門的檢定結(jié)果約高0.03 oC,2號鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后, 比上一級計量部門的檢定結(jié)果約高0.04% 。所以熱電阻在檢定或使用中電流應(yīng)受到限制。既要考慮使用較小的測量電流,使自熱效應(yīng)減至zui小程度,叉要保證必要的測量靈敏度,所以采用1mA的測量電流較適宜。
以上是檢定工業(yè)熱電阻時,產(chǎn)生測量偏差的一些因素及其原因分析,在實際檢定中應(yīng)避免這些因素對檢定結(jié)果的影響。
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