中心主旨 :工業(yè)化進(jìn)程的加快,使得工業(yè)熱電阻在越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域得到了應(yīng)用,本身所具有的運(yùn)行性能高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)勢受到了技術(shù)人員的青睞。不過,工業(yè)熱電阻在檢定中經(jīng)常出現(xiàn)偏差率高的問題,對其運(yùn)行效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生了不容忽視的影響。本文從工業(yè)熱電阻的工作原理出發(fā),就其檢定中產(chǎn)生偏差的原因,提出了相應(yīng)的控制策略,希望能夠使得工業(yè)熱電阻的性能充分發(fā)揮出來。
0 引言
科學(xué)技術(shù)飛速背景下,工業(yè)熱電阻憑借著自身穩(wěn)定性強(qiáng)、測溫準(zhǔn)確度高、結(jié)實(shí)耐用等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)、精密測量等領(lǐng)域得到了應(yīng)用,發(fā)揮出了相當(dāng)積極的作用。不過,在工業(yè)熱電阻檢定中,存在一些導(dǎo)致測量偏差的因素,其不僅會造成檢定數(shù)據(jù)偏差,還可能直接影響檢定結(jié)果判定,需要技術(shù)人員的重視和解決。
1 工業(yè)熱電阻的工作原理
實(shí)際上,工業(yè)
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(diào)節(jié)裝置及溫度顯示裝置配合使用,實(shí)現(xiàn)對于工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度的測量、調(diào)節(jié)和控制(見圖 1)。工業(yè)熱電阻對于溫度的測量主要是利用了導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的電阻值會隨著溫度的變化發(fā)生相應(yīng)變化的特性,在其實(shí)際使用過程中,測量物質(zhì)的電阻變化情況會被工業(yè)熱電阻中的儀表直觀呈現(xiàn)出來。
相比較其他溫度測量裝置,工業(yè)熱電阻具備幾個(gè)比較顯著的特點(diǎn),一是其結(jié)構(gòu)部件采用的是壓簧式,抗振性能優(yōu)越 ;二是與一般溫度測量儀器的測量角度存在很大區(qū)別,能夠提高溫度測量結(jié)果的準(zhǔn)確性 ;三是工業(yè)熱電阻的結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性強(qiáng),在不同類型的工業(yè)生產(chǎn)中有著良好的適用性,能夠滿足其對于溫度測量的不同需求 ;四是工業(yè)熱電阻內(nèi)部好特的薄膜電阻構(gòu)件可以提升其物理性能,保證設(shè)備的正常使用[1] 。
2 工業(yè)熱電阻檢定中產(chǎn)生偏差的原因及控制
工業(yè)熱電阻的檢定方法有兩種,一是電位差計(jì)檢定,主要是基于guojia相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),利用電位差計(jì)來對尚未檢定物質(zhì)在不同溫度條件下的電阻系數(shù)變化進(jìn)行測量,在檢定過程中不僅需要用到電位差計(jì),還需要大量的輔助設(shè)施,包括電阻、電池、導(dǎo)線等,操作相對繁瑣 ;二是電橋測量檢定,主要是運(yùn)用測溫電橋裝置與其他設(shè)備的配合,針對工業(yè)熱電阻檢測物體內(nèi)部電阻的過程進(jìn)行測量,這種檢定方式對于外部環(huán)境要求較高,而且測量方式復(fù)雜,檢定過程容易出現(xiàn)誤差[2] 。
2.1 水三相點(diǎn)瓶使用偏差
水三相點(diǎn)瓶在工業(yè)熱電阻運(yùn)行中發(fā)揮出的主要作用是保溫,在對特殊種類金屬的溫度進(jìn)行檢定時(shí)通常會用到,例如,在《工業(yè)鉑、銅熱電阻》 (JJG 229-2010)中,明確提出,應(yīng)該利用水三相點(diǎn)瓶及其保溫容器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)電阻值的測定,水三相點(diǎn)瓶對于工業(yè)熱電阻后期測量結(jié)果存在直接影響,如果其無法正常運(yùn)行,還可能會導(dǎo)致工業(yè)熱電阻的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn);诖,需要技術(shù)人員重視水三相點(diǎn)瓶的使用,而一旦操作失誤,就可能導(dǎo)致工業(yè)熱電阻的檢定偏差 :一是在水三相點(diǎn)瓶中放入標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)之前,將必要的預(yù)冷環(huán)節(jié)忽略。實(shí)際上,在對水三相點(diǎn)瓶進(jìn)行操作前,要求檢測人員必須預(yù)先將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)放入到相應(yīng)的制冷恒溫槽中,做好必要的預(yù)冷處理工作,等到溫度計(jì)顯示數(shù)值與水三相點(diǎn)瓶一致,或者兩者之間的誤差不超過 0.01℃時(shí),才能進(jìn)行測量,分析原因,主要是在利用熱電阻進(jìn)行溫度測量的過程中,必然伴隨著一定的熱量交換,容易引發(fā)傳熱誤差,通過對溫度計(jì)的預(yù)冷處理,能夠避免將外界溫度代入瓶中,從而杜絕傳熱現(xiàn)象引發(fā)的測量偏差[3];二是在水三相點(diǎn)瓶完成凍制后,立即投入使用。實(shí)際上,剛剛凍制好的水三相點(diǎn)瓶三相點(diǎn)溫度偏低,凍制過程較大的過冷度會導(dǎo)致冰晶尺寸偏小,容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力,如果立即將其應(yīng)用到溫度測量中,過于強(qiáng)烈的內(nèi)外溫差不僅會對工業(yè)熱電阻檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響,嚴(yán)重的甚至可能引發(fā)安全事故。因此,正確的操作應(yīng)該在將凍制好的水三相點(diǎn)瓶于接近 0.01℃的環(huán)境下放置 30min,待其穩(wěn)定后再投入使用,這樣能夠確保冰晶尺寸合理,消除應(yīng)力作用,從而保證測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
2.2 電測設(shè)備使用偏差
結(jié)合《工業(yè)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(shè)備。在不斷的發(fā)展過程中,很多市級計(jì)量部門開始將原本的電測設(shè)備更換為了對應(yīng)等級的數(shù)字多用表,但是在這種情況下,很容易出現(xiàn)因?yàn)殡姕y設(shè)備操作不當(dāng)引發(fā)的測量偏差。具體來講,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著非常重要的作用,如果量程選擇偏高,則會對測量準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響,如果量程選擇偏低,可能導(dǎo)致測量結(jié)果超出量程范圍,無法直觀顯示出來。而在實(shí)際操作中,也可以設(shè)定為自動量程,由系統(tǒng)自主確定,但是這樣的方式可能造成讀數(shù)延遲,測量時(shí)間間隔難以得到有效保障。因此,對于技術(shù)人員而言,檢定過程中必須依照實(shí)際情況,對量程進(jìn)行合理選擇[4];二是沒有做好數(shù)字多用表調(diào)節(jié)。在對熱電阻阻值進(jìn)行測量時(shí),需要通過一定電流,檢定環(huán)節(jié)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?yàn)楫?dāng)電流從熱電阻中通過時(shí),會在其感溫元件及引線上產(chǎn)生焦耳熱,繼而形成相應(yīng)的溫度梯度,受這種內(nèi)部熱效應(yīng)影響,電阻的溫度會逐漸身高,引發(fā)測量偏差問題。因此,在工業(yè)熱電阻檢定環(huán)節(jié),如果使用的是數(shù)字多用表,應(yīng)該將其調(diào)節(jié)到低電流檔?紤]內(nèi)容熱效應(yīng)引發(fā)的測量偏差大小會受到流經(jīng)熱電阻電流大小的影響,不能一概而論,為了保證檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠,采用兩支工業(yè)鉑熱電阻,在 0℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),保持其他試驗(yàn)條件不變,僅僅增加通過鉑熱電阻的電流值,試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。
結(jié)合表 1 數(shù)據(jù)分析,雖然通過增加流經(jīng)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,電阻內(nèi)部熱效應(yīng)也越大,測量偏差值同樣會隨之增大。當(dāng)電流達(dá)到 5mA 時(shí),1 號鉑熱電阻的測量值如果換算成溫度,較上級計(jì)量部門的檢定結(jié)果高出約 0.03℃,2 號鉑熱電阻測量值在換算成溫度后,較檢定結(jié)果高出 0.04℃。因此,在工業(yè)熱電阻檢定中,應(yīng)該對電流進(jìn)行控制,在保證測量靈敏度的情況下,盡可能減小自熱效應(yīng)[5] 。
3 結(jié)語
工業(yè)熱電阻檢定中,可能出現(xiàn)檢定結(jié)果偏差的問題,對偏差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,主要是工作人員的操作缺乏規(guī)范性;诖,應(yīng)該對工業(yè)熱電阻檢定步驟進(jìn)行明確,做好風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)防工作,采取有效措施來減少和杜絕偏差,以此來保證檢定結(jié)果真實(shí)有效。
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