中華人民共和國國家計量技術規范5溫度變送器校準規范s8發布 8實施國家市場監督管理總局 發布5溫度變送器校準規范rs

5代替7歸 口 單 位:全國溫度計量技術委員會主要起草單位:上海市計量測試技術研究院中國計量科學研究院參加起草單位:新疆維吾爾自治區計量測試研究院重慶市計量質量檢測研究院福祿克測試儀器上海)有限公司本規范委托全國溫度計量技術委員會負責解釋本規范主要起草人:朱毅晨上海市計量測試技術研究院)姚麗芳上海市計量測試技術研究院)生瑩中國計量科學研究院)參加起草人:凌彥萃上海市計量測試技術研究院)卓 華新疆維吾爾自治區計量測試研究院)張 雯重慶市計量質量檢測研究院)陳 宇福祿克測試儀器上海)有限公司]目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術語……………………4概述……………………5計量特性………………6校準條件………………1環境條件……………2測量標準及其他設備………………3電源…………………7校準項目和校準方法…………………1校準項目……………2校準方法……………3數據處理……………8校準結果表達…………9復校時間間隔…………

1)1)1)1)2)3)3)3)5)5)5)5)6)7)8)附錄A 溫度變送器校準時的設備連接方式…………

9)附錄B 校準記錄參考格式……………

)附錄C 校準報告內頁參考格式………

)附錄D 不帶傳感器溫度變送器測量結果的不確定度計算示例……

)附錄E 帶傳感器的模擬輸出溫度變送器測量結果的不確定度計算示例附錄F 帶傳感器的數字輸出溫度變送器測量結果的不確定度計算示例

……

))Ⅰ引言1通用計量術語及定義7溫度計量名詞術語及定義0國家計量校準規范編寫規則》和2測量不確定度評定與表示》共同構成支撐本規范修訂工作的基礎性系列規范。本規范技術內容的編寫參考了T3工業過程控制系統用變送器第3部分:智能變送器性能評定方法1工業過程測量和控制系統用溫度變送器第1部分:通用技術條件》和8工業過程測量變送器的參考條件及程序第3部分:溫度變送器》drsr。本規范代替與7相比,除編輯性修改外,主要變化如下:擴大了適用范圍,增加了輸出為數字信號或模擬、數字混合信號的溫度變送器;《 —引用文件中刪除了廢止標準8二等標準水銀溫度計檢定規程2工業鉑熱電阻技術條件及分度表;—引用文件中刪除了標準間內容有重復的標準T2熱電偶 第2分:允差3工業銅熱電阻技術條件及分度表;刪除了Z電動單元組合系列溫度變送器的內容;刪除了絕緣電阻、絕緣強度的校準;調整了測量標準及其他設備;修改了不帶傳感器的變送器的讀數次數,增加了數字信號溫度變送器校準的敘述;刪除了附錄Z系列和模塊式溫度變送器影響計量性能的有關要求和測量方法;增加了帶傳感器的溫度變送器的測量不確定度評定;增加了數字信號溫度變送器的測量不確定度評定。本規范歷次版本發布情況為:7溫度變送器校準規范;3電動溫度變送器檢定規程Ⅱ溫度變送器校準規范范圍本規范適用于溫度傳感器為熱電阻或熱電偶,輸出為標準化模擬電信號、數字信號或模擬、數字混合信號的溫度變送器的校準。變送器包括帶傳感器和不帶傳感器兩種類型。其他類型變送器可參考本規范進行校準。引用文件本規范引用了下列文件:1工作用貴金屬熱電偶檢定規程9工業鉑、銅熱電阻檢定規程7溫度計量名詞術語及定義7廉金屬熱電偶校準規范3 工業過程控制系統用變送器 第3部分:智能變送器性能評定方法1工業過程測量和控制系統用溫度變送器第1部分:通用技術條件凡是注日期的引用文件僅注日期的版本適用于本規范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改版適用于本規范。術語7界定的及以下術語和定義適用于本規范。溫度變送器r一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化模擬或數字輸出信號的儀器。智能變送器r具備與外部系統和操作人員雙向通信功能命令的變送器。來源]概述

,發送測量和狀態信息、

接收和處理外部溫度變送器以下簡稱變送器主要用于工業過程中溫度參數的測量和控制,其模擬輸出信號與溫度變量之間有連續的函數關系。不帶傳感器的變送器也叫信號轉換器,由測量單元、數據處理單元和電輸出子系統組成,如圖1所示。其輸出信號有40A或15)等模擬直流信號、標準化數字信號,以及模擬直流信號疊加標準化數字信號。智能變送器一般包括顯示單元和人機接口,以實現量值、量程等參數的調整。部分1智能變送器配置了外圍系統接口,具有現場總線功能。計量特性

圖1變送器原理框圖變送器的測量誤差是溫度轉換成標準化輸出信號時產生的誤差。校準時,由測得的電信號量值減去輸入溫度約定的轉換量值得到。可以用直流電信號、V或者溫度單位℃K表示,也可以用量程的百分比表示。不帶溫度傳感器的變送器準確度等級按量程大小予以劃分,見表1和表。表1熱電偶溫度變送器準確度等級量程V變送器準確度等級V81V52V35V20注:表中量程V是指變送器對應溫度測量范圍的電輸入電壓變化量。來源,表。表2熱電阻溫度變送器準確度等級0熱電阻量程Ω變送器準確度等級R01R02R45R20注:表中量程ΔR是指變送器對應溫度測量范圍的電輸入電阻變化量。來源,表。在標準條件下,變送器的準確度等級與最大允許誤差的關系見表。2表3準確度等級與最大允許誤差準確度等級最大允許誤差()11225500注最大允許誤差是以輸出量程)的百分數表示。當輸入的溫度變量與輸出信號呈線性函數關系時,最大允許誤差也可以以輸入量程的百分數表示。帶傳感器的變送器最大允許誤差由傳感器的允差和不帶傳感器的變送器的允差共同組成,其數值為兩者的絕對值之和。注:準確度等級僅作參考,不作合格判定。校準條件環境條件環境溫度5℃5

,相對濕度5。為保障校準具有盡可能小的不確定度,建議校準時盡可能地在以下標準環境條件下進行。)環境溫度0℃2℃1級2級變送器0℃5℃5級0級變送器;)相對濕度55;變送器周圍除地磁場外,應無影響其正常工作的外磁場。環境條件還應滿足測量標準及其他設備使用的相關要求。測量標準及其他設備 ( )校準時由測量標準及其他設備引入的擴展不確定度U

應不大于被校變送器最大允許誤差絕對值的。可按被校變送器的類型參考表4進行選擇,不排除選用滿足測量不確定度要求的其他儀器。表4變送器校準用測量標準及其他設備序號儀器設備名稱技術要求用途備注1標準鉑電阻溫度計二等標準或以上帶傳感器的變送器的測量標準標準熱電偶溫度計二等標準或以上直流電阻箱不低于2級不帶傳感器的變送器的測量標準直流低電勢電位差計或標準直流電壓源相對誤差不大于235表4續)序號儀器設備名稱技術要求用途備注2電測設備相對誤差不大于5與標準鉑電阻溫度計配套使用相對誤差不大于分辨力不低于V與標準熱電偶配套使用3恒溫槽溫度范圍:0℃0波動性20n均勻性1℃為帶傳感器的變送器提供溫源4高溫恒溫源溫度范圍0℃0℃測量區域溫差不大于熱電阻上限溫度允差的85低溫恒溫源溫度范圍:6℃~0℃波動性20n均勻性1℃6廉金屬偶檢定爐溫度范圍0℃以上使用時應配置等溫塊;有效工作區域軸向0m內,5℃;徑向半徑不小于4m范圍內,同一截面任意兩點的溫差絕對值不大于5℃為帶傳感器廉金屬熱電偶的變送器提供溫源7貴金屬偶檢定爐型R型)爐長約0,爐管內徑約0,常用溫度為10℃,爐內溫度最高點偏離爐子幾何中心不大于0,溫度最高點0m內有溫度變化梯度;40m的均勻溫場為帶傳感器S型、型熱電偶)的變送器提供溫源8貴金屬偶檢定爐型)爐長約0,爐管內徑約0,常用溫度為10℃,爐內溫度最高點偏離爐子幾何中心不大于0,溫度最高點0m內有溫度變化梯度50m的均勻溫場為帶傳感器B型熱電偶)的變送器提供溫源4序號儀器設備名稱技術要求用途備注9直流電流表00,相對誤差不大于5輸出信號測量設備直流電壓表0500,相對誤差不大于5數據通信終端過程校準儀或手持終端)具有讀取數字信號功能0補償導線經校準具有5℃5℃的修正值具有參考端溫度自動補償變送器不帶傳感器)校準用的專用連線10℃恒溫器溫度偏差不超過1℃提供0℃恒溫環境0℃恒溫器可用冰點槽代替2標準電阻0Ω0)不低于5級與直流電壓表組合取代直流電流表作為變送器輸出信號的測量設備電源變送器的工作電源:交流供電的變送器,其電壓變化不超過額定值的1、頻率變化不超過額定值的、失真小于5;直流供電的變送器,其電壓變化不超過額定值的1、紋波小于1。校準項目和校準方法校準項目測量誤差。校準方法準備工作設備配置與連接溫度變送器校準時的設備連接方式見附錄A。變送器在進行測量誤差校準前與測量標準同時放置于校準環境中應保持足夠長的通電預熱 ,變送器在進行測量誤差校準前與測量標準同時放置于校準環境中應保持足夠長的時間通常不少于,然后進行通電預熱通常不少于,也可按照儀器說明書進行。55校準校準點的選擇:校準點的選擇應按量程均勻分布,一般應包括上限值、下限值在內不少于5個點。也可按用戶要求選擇校準點。帶溫度傳感器的變送器校準變送器測量誤差的校準在正行程上進行,即從變送器溫度范圍的下限開始,自下而上逐點進行測量,直至上限。校準傳感器是熱電阻的變送器應使用標準鉑電阻溫度計作為測量標準。校準時,變送器與標準鉑電阻溫度計應置于恒溫槽有效工作區域同一水平位置,且有足夠的插入深度,一般不少于0。恒溫槽槽溫偏離校準點不超過2℃,且整個讀數過程溫度變化不超過4℃。校準傳感器是熱電偶的變送器,如使用標準熱電偶溫度計作為測量標準,且應根據熱電偶分度號的不同,選用合適的檢定爐作為恒溫源。校準時,變送器與套上保護管的標準熱電偶應分別插入管式爐中的均溫塊至底部,處于爐內最高均勻溫區,爐口處用絕緣耐火材料封堵。檢定爐爐溫偏離校準點不超過3℃,溫度變化每分鐘不超過2℃R型熱電偶每分鐘不超過1℃,且整個讀數過程溫度變化不超過5℃。讀數時,應按標準→被校→被校……被校→被校……被校→被校→標準的順序分別讀取標準溫度計的示值和變送器的輸出值模擬或數字,共讀取兩個循環4次數。不帶溫度傳感器的變送器校準變送器輸入信號是熱電阻時,應使用直流電阻箱作為測量標準;輸入信號是熱電偶時,應使用直流低電勢電位差計或標準直流電壓源作為測量標準。輸入下限溫度對應的傳感器標稱電量值,讀取變送器的輸出值模擬或數字;然后開始增大輸入信號,分別輸入各校準點溫度所對應的標稱電量值,并讀取變送器的輸出直至上限。在每個校準點上,變送器的輸出值均應讀取4次數據。注:對熱電偶輸入的變送器具有參考端溫度自動補償,各被校點的輸入信號應為校準點對應的電量值減去補償導線修正值。在讀取智能溫度變送器輸出數字信號時,可使用數據通信終端讀取數字信號輸出的溫度值或者其他測量結果例如電流值等。測量混合信號輸出的溫度變送器時,可根據客戶需要選擇模擬或者數字信號作為測量結果。注:在數據通信終端沒有相應數字信號協議的情況下,可直接用變送器顯示單元的示值作為測量結果。數據處理帶傳感器的變送器測量誤差的計算模擬信號輸出的變送器按式)計算測量誤差:mAAm6

)

)式中:A模擬信號輸出變送器各校準點的測量誤差,A或V;變送器在校準點實際輸出的平均值,A或;Am變送器的輸出量程,A或;m變送器的輸入量程℃;標準溫度計測得的平均溫度值℃;0變送器輸入范圍的下限對應的溫度℃;0變送器輸出的設定下限值,A或V。數字信號輸出變送器按式)計算: ()式中:

ts 2t變送器各校準點的測量誤差℃;變送器輸出溫度量值的平均值℃。不帶傳感器的變送器測量誤差的計量 () ,不帶溫度傳感器的變送器測量誤差仍按公式1 計(

此時式中s為模擬熱電阻或熱電偶輸入信號對應的溫度值。變送器測量誤差可以用輸出的單位表示,也可以用溫度單位表示,或者以輸入或輸出的百分數表示。由于變送器的輸出通常都是溫度的線性函數,它們之間的換算可以按式)進行:mAAmt )m計算過程數據處理原則:小數點后保留的位數應以修約誤差小于變送器最大允許誤差的0為限相當于比最大允許誤差多取一位小數。校準結果表達校準結果應在校準證書上反映,校準證書應至少包括以下信息:標題,校準證書;實驗室名稱和地址;進行校準的地點如果與實驗室的地址不同;證書的唯一性標識如編號,每頁及總頁數的標識;客戶的名稱和地址;被校對象的描述和明確標識;進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關時應說明被校對象的接收日期;如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;校準環境的描述;7校準結果及其測量不確定度的說明;對校準規范的偏離的說明;校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識;校準結果僅對被校對象有效的聲明;未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。復校時間間隔由于復校時間間隔的長短是由變送器的使用情況、使用者、本身質量等諸多因素所決定的,因此送校單位可根據實際使用情況決定其復校時間間隔,建議一般不超過1年。8附錄A溫度變送器校準時的設備連接方式模擬輸出變送器輸出部分的連接二線制模擬輸出變送器二線制模擬輸出變送器輸出部分的連接如圖1所示。圖1二線制模擬輸出變送器輸出部分的連接四線制模擬輸出變送器四線制模擬輸出變送器輸出部分的連接如圖2所示。圖2四線制模擬輸出變送器輸出部分的連接數字輸出變送器輸出部分的連接數字信號變送器輸出部分的連接如圖3所示。圖3數字信號變送器輸出部分的連接無線變送器會將數字信號以無線傳輸的方式發出,數據通信終端通過無線通信模塊9接收變送器的輸出信號。不帶溫度傳感器的變送器輸入部分的連接熱電偶輸入的變送器具有參考端溫度自動補償時

,應采用補償導線法

,按圖4接線。圖4補償導線法測量接線示意圖不具有參考端溫度自動補償時,按圖5接線。圖5 不具有參考端溫度自動補償時的測量接線示意圖熱電阻輸入的變送器三線制熱電阻輸入的變送器,,

校準時可按圖6接線

四線制熱電阻輸入的變送器 校準時可按圖7接線。圖6三線制熱電阻輸入的變送器的測量接線示意圖圖7四線制熱電阻輸入的變送器的測量接線示意圖0附錄B校準記錄參考格式溫度變送器校準記錄帶傳感器)送校信息委托單位型號規格出廠編號生產廠家測量范圍準確度等級校準信息原始記錄編號證書編號校準地點校準依據℃相對濕度/測量標準信息名稱型號規格出廠編號不確定度/準確度等級證書編號有效日期℃對應電量值A)測量標準示值/℃1234平均值變送器輸)1234平均值修正后變送器輸出值)測量誤差A)測量誤差℃U℃校準員: 核驗員: 校準日期: 1溫度變送器校準記錄不帶傳感器)送校信息委托單位型號規格出廠編號生產廠家測量范圍準確度等級分度號校準信息原始記錄編號證書編號校準地點校準依據℃相對濕度/補償導線修正值V測量標準信息名稱型號規格出廠編號不確定度/準確度等級證書編號有效日期℃對應電量值A)變送器輸)1234平均值A)修正后變送器輸出值)測量誤差A)測量誤差℃U℃校準員: 核驗員: 校準日期: 2附錄C校準報告內頁參考格式校 準 結 果測量范圍:模擬輸出數字輸出說明:分度號:校準點設定輸出值測量誤差擴展不確定度U)℃A)A)℃℃以下空白3附錄D不帶傳感器溫度變送器測量結果的不確定度計算示例被校變送器被校對象為與K型熱電偶配用的溫度變送器

不帶溫度傳感器

具有參考端溫度自動補償功能。測量范圍0℃0℃,輸出40。測量標準選用標準直流電壓電流發生器作為輸入的測量標準,

其0V輸出擋的最大允許誤差為±2讀數1。直流電流表測量范圍為04,最大允許誤差為±2讀數1。直流電壓電流發生器0V擋電壓最大允許誤差對應于溫度的最大允許誤差如表1所示。表1直流電壓電流發生器主要技術指標熱電偶類型測量輸出)信號范圍℃最大允許誤差℃K020306校準時使用補償導線和0℃恒溫器。校準點為℃。測量模型m測量誤差的測量模型為:m式中:

AA

1)

)A模擬信號輸出變送器各校準點的測量誤差,A或V;變送器在校準點實際輸出的平均值,A或;Am變送器的輸出量程,A或;m變送器的輸入量程℃;0變送器輸出的設定下限值,A或V;1模擬熱電阻或熱電偶)輸入信號對應的溫度值℃;0變送器輸入范圍的下限對應的溫度℃。靈敏系數 /1=A12=1=2℃4輸入量的標準不確定度 ()輸入的標準不確定度u的評定輸入量Ad的不確定度來源主要有兩部分:被測變送器輸出電流的重復性和多功能現場校準儀的測量誤差。輸出電流重復性引入的標準不確定度)重復性引入的標準不確定度A類)可以用實驗標準偏差來評估。在對變送器各校準點進行等精度6次測量后分別計算出實驗標準偏差,取最大的xA具體測量數據略由于校準時只對變送器進行一個行程的測量以計算測量誤差因此)x。直流電流表的測量誤差引入的標準不確定度)電流表的最大允許示值誤差為Δ=±);按均勻分布考慮,包含因子=,則)09。輸入量1的標準不確定度)的評定輸入量1的不確定度主要來自測量標準的示值誤差

補償導線修正值和0℃恒溫器導致的不確定度。由于測量時的環境溫度均在測量標準保持準確度的環境內,因此溫、濕度影響可以忽略不計。直流電壓電流發生器的標準不確定度11可以采用B類方法進行評定:測量標準的最大允許誤差見表1中的Δ,取測量范圍中最大的為3℃。按均勻分布考慮,則)=Δ/3℃,即5。補償導線引入的標準不確定度21:修正值0℃時)的校準擴展不確定度為U。則),即9℃2℃。0℃恒溫器引入的標準不確定度0℃恒溫器的最大溫度偏差為1℃,按均勻分布考慮。因此)8℃。合成標準不確定度標準不確定度匯總表 。輸入量的標準不確定度匯總于表25表2變送器各校準點標準不確定度匯總表標準不確定度不確定度來源標準不確定度值靈敏系數ii)測量重復性1)8A8 示值誤差2)0A0℃)00℃))4A0℃)8A0℃)1A0℃)140℃)80℃)10℃)5A0℃)50℃)9A0℃)90℃)1)測量標準示值誤差113℃2℃)5補償導線21)9℃2℃30℃恒溫器31)8℃8注i)表示各不確定度分量i表示靈敏系數。合成標準不確定度的計算輸入量1不確定度互不相關1|1|2|2|22|2|2

,所以合成標準不確定度可按下式得到:變送器各測量點的A)依次為:0℃時A)3;0℃時A)4;0℃時A)5;0℃時A)6;0℃時A)8;0℃時A)9。擴展不確定度的計算取包含因子。擴展不確定度UA。變送器各測量點的擴展不確定度依次為:0℃時U3;0℃時U3;0℃時U3;0℃時U4;0℃時U4;0℃時U4。 , 。變送器各校準點測量誤差的擴展不確定度取最大時

U4

對于0℃~0℃的變送器而言,轉換為對溫度的影響時U5℃相當于1。6附錄E帶傳感器的模擬輸出溫度變送器測量結果的不確定度計算示例被校變送器被測對象:帶溫度傳感器的溫度變送器以下簡稱變送器,測量范圍0℃~0℃,輸出信號40。標準儀器及其他設備測量標準:二等標準鉑電阻溫度計;恒溫槽:恒溫水槽,均勻性2℃,波動性40;恒溫油槽,均勻性2℃,波動性40;測量標準電測設備:測溫電橋,5;輸出信號電測設備:多功能測溫儀,:。測量模型m式中:m

AA

2)

)A模擬信號輸出變送器各校準點的測量誤差,A或V;變送器校準點實際輸出的平均值,A或;Am變送器的輸出量程,A或;m變送器的輸入量程℃;0變送器輸出的設定下限值,A或V;2標準溫度計測得的溫度值℃;0變送器輸入范圍的下限對應的溫度℃。靈敏系數 /1=A12=23℃輸入量的標準不確定度 ()輸入的標準不確定度u的評定標準不確定度由測量重復性、輸出信號電測設備、溫場均勻性及溫場波動性4個不確定度分項構成。 () 測量重復性引入的標準不確定度)由于電測設備漂移、環境溫度的波動、被檢變送器短期不穩定等因素引入。為了簡化,通過重復測量綜合考慮。簡稱測量的重復性。本校準系統中用同1支標準3支被檢作等精度多次測量。最后測量合并樣本標準差sP為:0℃時P0;70℃時P6。實際測量以4次測量值平均值為測量結果,所以0℃時)/5;0℃時)/3。輸出信號電測設備示值誤差引入的標準不確定度)對于變送器,不確定度區間的半寬度為050,在區間內()可認為均勻分布=,則()u2Ad

=8A恒溫槽的均勻性引入的標準不確定度)恒溫槽的均勻性2℃,換算成電量值為1,在區間內可認為均勻分布=,則 ()3d=2A恒溫槽的波動性引入的標準不確定度)恒溫槽波動性≤40,換算成電量值為22,半寬為1,按均勻分布=,則=2A輸入量2的標準不確定度)的評定標準不確定度)由3個不確定度分項構成。 ()測量標準電測設備的示值誤差引入的標準不確定度12校準0℃時,電測設備的不確定度區間半寬為55=,在區間內可認為均勻分布=,則換算成溫度:)=3

2℃)5校準0℃時,電測設備的不確定度區間半寬為65,在區間內可認為均勻分布=,則換算成溫度:5)=305測量標準溯源引入的標準不確定度)0℃時,標準溫度計經量值溯源獲得Up)02,由此引入的標準不確定度)1℃。0℃時,根據固定點間各溫度點誤差傳遞U02,由此引入的標準不確定度)3℃。 ()標準鉑電阻溫度計的周期穩定性引入的標準不確定度32標準鉑電阻溫度計在檢定周期內的穩定性0℃不超過1℃0℃不超過5℃,按均勻分布=,則0℃時)8℃;80℃時)7℃標準不確定度匯總表見表。表1標準不確定度匯總表標準不確定度不確定度來源標準不確定度值靈敏系數ciii)0℃0℃0℃0℃ )測量重復性5A3A133輸出信號電測設備8A8A33恒溫槽的均勻性2A2A33恒溫槽的波動性2A2A332)測量標準電測設備的示值誤差3℃2℃3℃)33測量標準溯源3℃3℃43標準鉑電阻溫度計的周期穩定性3℃3℃33注i)表示各標準不確定度分量i表示靈敏系數。合成標準不確定度的計算輸入量2不確定度互不相關

,所以合成標準不確定度可按下式得到:A)=1|22|2本例變送器各測量點的A)在0℃和0℃依次為80。擴展不確定的計算取包含因子=。擴展不確定度U=A。, 。變送器各校準點測量誤差的擴展不確定度取最大時

U0A

對于0℃~0℃的變送器而言,轉換為對溫度的影響時U1℃相當于4)。9附錄F帶傳感器的數字輸出溫度變送器測量結果的不確定度計算示例被校變送器被測對象:數字信號溫度變送器以下簡稱變送器,測量范圍0℃0℃。標準儀器及其他設備測量標準:二等標準鉑電阻溫度計;恒溫槽:恒溫水槽,均勻性2℃,波動性40;恒溫油槽,均勻性2℃,波動性40;測量標準電測設備:測溫電橋,5;輸出信號電測設備: