檢定溫度二次儀表時參考端溫度補償的處理

（張家口市計量測試所，河北張家口 075000）

1.溫度二次儀表簡介

溫度二次儀表是一種工業過程測量和控制儀表，在化學、石化和石油工業，發電、食品、紡織和造紙、冶金工業以及環境保護、空調設備等眾多行業得到廣泛應用。與一次儀表不同的是二次儀表本身并不能單獨測量溫度，必須與溫度傳感器相配、接受其信號才能測量溫度[1]。溫度二次儀表通常按輸出特征分類，可分為模擬儀表和數字儀表2大類，在這2大類儀表中均可按輸入信號的類型分為熱電偶輸入儀表、熱電阻輸入儀表和標準信號輸入儀表[2]。二次儀表通常有溫度記錄儀、溫度顯示儀、溫度調節儀等。

溫度二次儀表屬于非電量電測儀表，無論是模擬儀表還是數字儀表均可以由以下幾部分構成：測量電路、信號放大和處理單元、顯示單元和供電單元。具有控制作用的儀表還應有設定、比較單元和控制模式單元。測量電路將輸入的溫度傳感器信號轉換為可識別的信號，并按顯示單元的要求必須將此信號進行放大和處理，最后以儀表的顯示方式給出被測溫度值。一般實際工作中，我們見到的溫度二次儀表，都是配熱電偶或者熱電阻等溫度傳感器，輔以相應的執行、處理機構組成溫度控制系統，接受可識別的信號就可以測量、顯示溫度。

2.配熱電阻溫度二次儀表的檢定

檢定溫度二次儀表時，首先應該分清該被檢儀表是什么類型的儀表，如果是配熱電阻或電阻型傳感器使用的儀表，檢定時所用的標準器和接線如圖1所示。

圖1 配三線制熱電阻

熱電阻與被檢儀表的連接方法通常采用三線制接法，即用三根導線將熱電阻和儀表連接起來。這種接法的優點是：熱電阻引出的三根導線截面積和長度都相同，導線的電阻值就相同，把熱電阻的一根導線接到電源端，不會造成測量誤差，另兩根導線分別接在全等臂電橋的電路中，當橋路平衡時，導線電阻的變化對測量結果沒有影響，也消除了線路電阻因環境溫度變化帶來的測量誤差。采用三線制連接比二線連接時受環境的影響大為減少，提高了測量準確度。

3.配熱電偶溫度二次儀表的檢定

用配熱電偶使用的溫度二次儀表測溫時，如果儀表不帶參考端溫度補償功能，一般要滿足參考端溫度恒定且為0℃的條件。在實際測量中，熱電偶的測量端通常置于被測溫度環境中，由于測量條件限制，參考端則大多置于室溫環境中。根據熱電偶中間導體定律EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+E(tn,t0)，測溫回路中熱電勢的大小與測量端溫度和參考端溫度都有關系，雖然測量端溫度t沒有變化，但參考端溫度tn的變化會引起測溫回路熱電勢的變化：首先，參考端溫度tn的變化會導致測溫回路中熱電勢不穩定，其次當tn不為0℃時，熱電勢E(tn,t0)被忽略，測量儀表示值就不能準確反映測量端溫度。我們用熱電偶測溫時，通常需要參考熱電偶分度表，查看不同分度熱電偶的毫伏值和溫度值的對應關系，而熱電偶分度表是以熱電偶參考端等于0℃為條件的，所以在熱電偶及其儀表使用時必須符合這一條件，也就是說用熱電偶及其儀表測溫時，必須使參考端溫度恒定且為0℃。然而在實際測量時，很難實現。在實際測量中，可以用補償導線（主要起延長導線熱電極的作用）將熱電偶參考端延伸到離測量端較遠、環境溫度較穩定的地方，再與二次儀表連接起來，以消除參考端溫度變化的影響。但是補償導線不能消除參考溫度不為零的影響，于是可以采用增加一個0℃恒溫器，或者采用熱電動勢補正、溫度補正等易于實現的方法。對于自帶參考端溫度補償功能的溫度二次儀表，使用起來比較簡單，由于其自動補償了熱電勢E(tn,t0)，故在室溫條件下就可以使用。

在檢定溫度二次儀表時，采用的原理是向其輸入一個標準信號，比較二次儀表顯示值和標準輸入信號的大小，就可以得到誤差。配熱電偶使用的溫度二次儀表檢定時，根據其是否具有熱電偶參考端溫度自動補償功能，所用的接線方法和數據處理方法也不同。對于不具有熱電偶參考端溫度自動補償的儀表，放置在室溫下，配熱電偶使用用于測溫時，其等效電路如圖2（b），根據熱電偶測溫定律：

其中 t—測量端溫度； tn—參考端溫度；而E表=EAB(t,tn)，所以最后數據處理時，需要加參考端溫度對應的毫伏值E(tn,0)，才是實際的測量結果。（E表—二次儀表顯示的電勢）檢定此類二次儀表時，接法相對簡單，如圖2（a）。

圖2(a) 不具有熱電偶參考端自動補償的儀表

圖2(b) 等效測溫電路

向被檢儀表輸入標準信號EAB(t,tn)，而由于此溫度二次儀表不具有參考端溫度自動補償功能，故：E表=EAB(t,tn)即二次儀表接收到的信號能正確反應標準器輸出的信號。對于具有參考端溫度自動補償的儀表，儀表自帶參考端溫度的補償值E(tn,0)。該類二次儀表配熱電偶使用用于測溫時，等效電路如圖3（b），根據熱電偶測溫定律，有：E表=EAB(t,tn)+E(tn,0) 。

圖3(a) 具有熱電偶參考端溫度補償的儀表

圖3(b) 等效測溫電路

最后儀表讀出的數值就是實際測量的溫度值。在檢定該類二次儀表時，假如接法如圖2（a），向二次儀表輸入一個標準信號EAB(t,tn)，得到：

即二次儀表不能準確的反應標準器輸出的信號。所以，必須想辦法抵消溫度補償E(tn,0)的影響，可以采取圖3（a）的接法，將補償導線的一端連接到二次儀表上，而另一端延伸至冰槽中，其等效電路如圖3（c），則：

圖3(c) 等效電路

這樣，二次儀表就能正確反應標準器的輸出了。

在實際的檢定工作中，檢定條件往往不能滿足上述接線要求，故對于具有參考端溫度補償的儀表，通常需要減去溫度補償部分，才能如實的反應實際值。隨著計量科學技術的發展，檢定設備和檢定方法的更新和進步，在實際應用中，可以采用多功能校驗儀檢定溫度二次儀表。多功能校驗儀可以輸出電壓、電流、電阻等信號，有的多功能校驗儀還有參考端設置功能，有效的解決了參考端溫度補償的問題。