如何評測一體化溫度變送器測量不確定度

本文介紹一體化溫度變送器測量不確定度評定的方法、步驟及所需設備，一體化溫度變送器測量不確定度評定效果對于溫度變送器的校準工作具有緊張引導意義。
1、一體化溫度變送器校準原理
本文依據JJF 1183-2007《溫度變送器校準規范》，對一體化溫度變送器進行了示值校準。校準環境條件：溫度20℃、相對濕度42%RH。一體化溫度變送器校準原理圖如圖1所示。將一體化溫度變送器放入干式計量爐插口中，干式計量爐讀數表現溫度值，溫度變送器將溫度信號轉換成4-20mA的直流信號輸出，用過程校驗儀CA102S讀取輸出的信號值。
圖1 一體化溫度變送器校準原理圖
被檢產品為紹興中儀生產的智能一體化溫度變送器，型號規格為WZPB230系列產品，量程為0-100℃，輸出信號為4-20mA，校準點為50℃。
2、數學模型...........公式①
公式①中：△It為變送器在溫度t時的測量偏差；Id為變送器的輸出電流值；Im為變送器的輸出量程；tm為變送器的溫度輸入量程；ts為變送器的輸入溫度值；t0為變送器輸入的下限溫度值；I0為變送器輸出電流的理論下限值。
由式①得△It對Id和ts的靈敏系數分別為：
因為以下分析中Id的標準不確定度分量和ts的標準不確定度分量之間相互自力，故：
3、輸入量的標準不確定度評定
①Id標準不確定度評定
u(Id)來源有兩部分，測量重復性引入的標準不確定度u(Id1)和過程校驗儀引入的標準不確定度u(Id2)。
a、測量重復性引入的標準不確定度分量u(Id1)
采用A類方法評定。按照JJF 1183-2007《溫度變送器校準規范》，對被校溫度變送器進行三個循環的測量，在50℃校準點所得測量值Id為：11.9872，,1.9874,11.9875,11.9878,11.9872，11.9873mA。平均值Id=11.9874mA，實驗標準差s=0.23μA，現實測量以平均值為測量效果，則：
自由度：vu(Id1)=n-1=6-1=5
b、過程校驗儀引入的標準不確定度分量u(Id2)
采用B類方法評定。YR100過程校驗儀，直流電流測量±0-30mA，zui大許可偏差：△=±(0.01%RD+0.01%F.S)=±(0.01%×12+0.01%×30)mA=0.0042mA=±4.2μA。
按均勻分布考慮，包含因子，則由過程校驗儀引入的標準不確定度。可靠程度為90%，則自由度vu(Id2)=50。
c、標準不確定度u(Id)的計算
因為u(Id1)和u(Id2)相互自力，因此：自由度：
②ts標準不確定度評定
u(ts)來源有三部分：干式計量爐不確定度引入的標準不確定度u(ts1)、溫度不均勻性引入的標準不確定度u(ts2)和溫度波動引入的標準不確定度u(ts3)。
a、干式計量爐不確定度引入的標準不確定度u(ts1)
由中國計量科學研究院出具的校準證書知，擴展不確定度U=0.05℃，k=2則引入的標準不確定度u(ts1)=U/k=0.025℃。可靠程度為90%，則自由度vu(ts1)=50。
b、干式計量爐溫度不均勻性引入的標準不確定度分量u(ts2)
干式計量爐溫度不均勻性±0.02℃，屬于均勻分布，包含因子k=，則
可靠程度為90%，則自由度vu(ts2)=50。
c、干式計量爐溫度波動引入的標準不確定度u(ts3)
在50℃時溫度波動±0.001℃，均勻分布，包含因子k=，則
可靠程度為90%，則自由度vu(ts3)=50。
d、標準不確定度 u(ts)的計算
因為u(ts1)、u(ts2)和u(ts3)相互自力，因此：自由度：
③標準不確定度匯總表
標準不確定度匯總表

標準不確定度分量 不確定度來源 標準不確定度 靈敏系數ci |ci|u(xi) 自由度

u(Id)Id標準不確定度 0.0024mA 1 0.0024mA 5
u(Id1) 測量重復性 0.0024mA 5
u(Id2) 過程校驗儀示值偏差 0.0024mA 50
u(ts) ts標準不確定度 0.0028℃ 0.0045mA 75
u(ts1) 干式爐示值偏差 0.025℃ 50
u(ts2)溫度不均勻 0.012℃ 50
u(ts3) 溫度波動0.0006℃ 50

4、一體化溫度變送器測量不確定度評定與效果表述
①合成標準不確定度的計算
因為Id的標準不確定度分量和ts的標準不確定度分量之間相互自力，則
合成標準不確定度：
有用自由度：
②擴展標準不確定度
取包含概率p=95%，有用自由度veff=56，查t分布表得：kp=t95(56)=2.004，擴展不確定度：U95=kp×uc(△It)=2.004×0.0051=0.011mA
③效果表述
一體化溫度變送器在50℃測量效果透露表現為：△I50=0.013mA；U95=0.011=mA，veff=56。
紹興中儀結合現實一體化溫度變送器計量檢定工作，依據JJF 1183-2007《溫度變送器校準規范》和計量基礎知識與專業規范，對一體化溫度變送器測量不確定度進行了評定。