仪器校准

高精度温湿度变送器校准方法研究

作者：calibration    来源：未知    发布时间：2018-04-14 13:58    浏览量：
温湿度变送器多以温湿度一体式的探头作为测温元件，将温度和湿度信号采集出来，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号输出，也可以直接通过主控芯片 [1]  进行485或232等接口输出.本文根据温湿度变送器的实际使用情况及长期仪器校准累积经验，提供一种用于校准高准确度温湿度变送器的方法。
 
一、温湿度变送器校准方法
1. 标准器和主要配套设备
温湿度校验箱：相对湿度量程为 5%RH~95%RH ，相对湿度稳定性为 ±0.8%RH ，相对湿度均匀性 1.0%RH ，温度量程为 5℃～50℃ ，温度稳定性为 ±0.1℃ ，温度均匀性为 0.3℃ 。精密露点仪：测量范围为 -20℃DP~40℃DP ，测量误差限为 ±0.2℃DP ，具有相对湿度显示功能，显示分辨力 0.1%RH 以上。恒温槽：温度范围为 -30℃~100℃ ，工作区域最大温差不大于 0.10℃ ， 10min 内温度稳定性为 ±0.02℃ 。标准铂电阻：准确度等级为二等，测量范围为-189.3442℃~419.527℃ 。电测仪器： 电桥或可测量电阻的数字多用表，0.005 级及以上等级，与标准铂电阻温度计配套使用。数字直流电流表：测量范围为 0~30mA ，准确度等级为 0.01 级 ~0.05 级，用于测量被测温湿度变送器电输出电流。直流电源：双路 0~30V 可调，输出直流电压纹波<1% 。
 
2. 环境条件
环境温度： 15℃~25℃ ，湿度： <85%RH 。
 
3. 仪器校准项目和校准方法
（ 1 ）仪器校准点的选择
根据温湿度变送器使用情况， 温度校准点可选15℃ 、 20℃ 、 30℃ ，湿度校准点可在设定温度后（ 20℃ 或25℃ ），从 10%RH 至 90%RH ，每间隔 10%RH 选择一个校准点。 另外，温湿度校准点的选择也可根据用户实际需求来确定。
（ 2 ）温度示值误差校准
由于高准确度温湿度变送器温度传感器测量最大允许误差为 ±0.3℃ ，温湿度检定箱提供的温度场均匀性、波动性较大，不适合用于开展高准确度温湿度变送器温度参数的校准，选用恒温槽、二等标准铂电阻温度计作为温度标准器进行温湿度变送器温度参数的校准。具体校准方法为：将被测仪器感温探头放置在内径略大于感温元件的玻璃试管中，管口用脱脂棉塞紧，降低对流传热的影响。将装有被测仪器感温元件的试管和标准铂电阻温度计分别插入恒温槽中，插入深度保持在恒温槽工作区域，以减小外部环境对其测温的影响。 同时为减小恒温槽温度不均匀性引入的误差，应尽可能保证标准铂电阻温度计插入深度与被测仪器插入深度相同，且标准铂电阻温度计与被测仪器感温探头尽量靠近。 稳定后，每隔 2min 左右记录标准铂电阻温度计和被测仪器数据，共记录 3 次。 温度误差计算公式如式（ 1 ）所示。
 仪器校准
式中： ΔI t —— — 被测温湿度变送器各温度被校点测量误差， mA ； I td —— — 被测温湿度变送器温度被校点实际输出的平均值， mA ； I tm —— — 被测温湿度变送器的温度输出量程， mA ； t m —— — 被测温湿度变送器的温度输入量程，℃ ； t 0 —— — 被测温湿度变送器温度输入的理论下限值，℃ ； t —— — 标准铂电阻温度计测得的平均温度值， ℃ ；I t0 —— — 被测温湿度变送器温度输出范围的下限值， mA 。
 
（ 3 ）相对湿度示值误差校准
把被测仪器放入温湿度检定箱中， 在 20℃ 或 25℃时，从低湿到高湿依次设定湿度校准点。 当校准箱内的湿度达到设定值并稳定后记录数据，先读精密露点仪， 后读温湿度变送器的输出值，隔2min 后再次记录，共记录 3 次。 湿度误差计算公式如式（ 2 ）所示。
 计量校准
式中： ΔI H —— — 被测温湿度变送器各湿度被校点测量误差， mA ； I Hd —— — 被测温湿度变送器湿度被校点实际输出的平均值， mA ；I Hm —— — 被测温湿度变送器的湿度输出量程，mA ； H m —— — 被测温湿度变送器的湿度输入量程，%RH ； H 0 —— — 被测温湿度变送器湿度输入的理论下限值， %RH ； H —— — 精密露点仪测得的平均湿度值， %RH ；I H0 —— — 被测温湿度变送器湿度输出范围的下限值， mA 。
 量具校准
二、实例分析
以某个温湿度变送器为例来说明温湿度变送器的校准方法。 该变送器温度测量范围为 0~50℃ ，湿度测量范围为 0~100%RH ，温湿度输出均为标准电流信号（4~20 ） mA 。 温度校准点为 5℃ 、 20℃ 、 50℃ ，湿度校准点为 20℃ 下 40%RH ， 60%RH ， 90%RH 。 校准数据分别如表 1 和表 2 所示。
 仪器校准
根据式（ 1 ）和式（ 2 ）计算得到的校准结果如表 3 和表 4 所示。
 
三、结论
本文介绍了温湿度变送器的工作原理，并提出一种用于高精密温湿度变送器的校准方法，以标准铂电阻温度计和精密露点仪为标准器，通过校准温湿度变送器温、湿度示值误差，保证了温湿度变送器输出量值的有效溯源，最后利用该方法对某公司生产的高准确度温湿度变送器进行了仪器校准。 所述校准方法简便快捷，操作性强，能够满足高准确度温湿度变送器的性能和使用要求，具有较大的实际应用范围。
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