工业铂电阻温度传感器检定中的误差来源

工业铂电阻温度传感器检定中的误差来源
作者：吴红
来源：《中国科技博览》2013年第20期
[摘要]随着科学技术的发展，在工业生产及科学研究中，大量控制参数的获取都依靠传感器的信号。

工业铂电阻温度传感器是利用铂电阻的特性制做而成。

由于其各种优点，得到越来越广泛的应用。

结合检定规程及检定实际，本文介绍了铂电阻温度传感器在计量检定中的误差来源。

通过对不同检定方法中的误差及其对检测精度影响的分析，为正确使用工业铂电阻温度传感器和减少计量检定中的误差提供了理论和实际基础。

[关键词]温度传感器、检定方法、误差来源
中图分类号：TP854.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0325-02
1.概述
温度传感器指的是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

温度传感器是应用最广泛、最普遍的，它能感受被测量的信息，并能将感受到的信息转换为电信号或其它所需要的信号输出，以满足用户的需要。

它是实现自动检测和控制的第一道关口，也是测温系统的一个重要环节。

由于金属铂在温度变化时，其阻值也随之变化，同时铂具有良好的重现性和稳定性，利用铂的些种特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。

通常使用的铂电阻温度传感器分度号有PT100、PT500、PT1000，接线形式有二线制、三线制、四线制。

铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，测温范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度传感器。

2.检定条件及检定依据
工业温度传感器的检定是在环境温度为15～35℃、相对湿度不大于80%条件下进行。

检定用的标准器及设备有：二等标准铂电阻温度计、配套的有0.02级的测温电桥、转换开关、冰点瓶、恒温油槽、万用表、100V的绝缘电阻表。

工业温度传感器的检定是依据JJG229-98《中华人民共和国国家计量检定规程》的要求进行，接线形式分为二线制，三线制和四线制。

不论是哪种接线，都是确保产品在检定合格的情况下才能出厂，以确保产品在使用中的准确可靠。

3.重要性
工业铂电阻温度传感器的检定是生产过程中很重要的一个组成部分，正确的检定，不但可以保证产品以较好的质量出厂，而且可以确保与其配套的设备正常运行，降低生产成本。

4.误差来源
由于检定室仪器、条件等因素的限制，测量不可能完全精确，这样测量值与客观真实值之间总会存在着一定的差异，这种差异就是测量误差。

由于误差产生的原因不同，分为系统误差和偶然误差两大类。

4.1 系统误差
系统误差的产生：
①.由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好的校准等原因而产生的误差；②.由于实验本身所依据的理论、公式的近似性，或者对实验条件、测量方法的考虑不周也会造成系统误差；
③.由于检测者本身的特点，比如反应速度、分辨力、固有习惯等，也会在测量中造成误差。

系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定的规律变化。

系统误差可以根据它的特点找出产生的原因，采取适当的措施降低它的影响。

4.2 偶然误差
由于各种偶然的因素，会出现测量值的时而偏大，时而偏小，这种类型的误差称为偶然误差。

产生偶然误差的原因很多，比如读数时，视线的位置不正确，测量点的位置不准确，环境温度、湿度、电源电压不稳定等因素的影响而产生的变化等，这些因素的影响一般很微小，而且难以确定某个因素产生的具体影响的大小。

在确定的测量条件下，可以通过对同一量的多次测量，并且用它的算术平均值作为物理量的测量结果，可以较好的减小偶然误差。

5.检定中的误差来源
5.1 二线制接线
二线制的接线，由于感温元件是通过引线引出，引线的材质不同，线电阻也不同。

当传感器的内引线较长时，存在较大的引线电阻，传感器的电阻是由感温元件的电阻加上内引线的电阻组成。

所以在测量时，如果内引线的电阻值较大，测得的传感器电阻值会超出误差允许范围。

所以，二线制的温度传感器，制做时内引线不宜过长，内引线的电阻值具体是多少，根据引线的长度不同，材质不同而不同。

所以，二线制的温度传感器用于测量精度不高的场合，并且内引线不宜过长。

如果使用中必须用二线制，并且内引线和外引线都较长时，则可以在实验室将传感器与之配套的产品进行校对，重新调试，以消除由于引线电阻产生的测量误差。

5.2 三线制接线
三线制是工业温度传感器中常用的一种接线形式，实验室检定如图二所示，三线制的检定，是通过两次四线制测量得到的。

四线制的测量可以去除引线电阻，第一次测得电阻值
R1，第二次测得的电阻值R2，最后测得的传感器的电阻值是2R1-R2，每次测得的R1和R2，这两个值很接近，这两个值不能颠倒。

如果这两个值颠倒，那么最后计算结果会有不同。

三线制的铂热电阻，要求三根内引线的截面积和长度均相同，如果三根内引线的电阻截面积与长度不同，则传感器的最后检定结果不同，会产生很大的误差（如图1）。

5.3 四线制接线
四线制的工作原理：因为四线制的接线可以减少线电阻值，使测量更加准确.实验室检定如图三所示，四线制的接线，要确保连接旋钮的接触要尽可能的好，减小接触电阻。

与其配套的测温电桥，每个旋钮在与接线端子相接时都有一个接触电势，要求接触电势小于0.4μV。

在三线制的测量中，有的企业在实验室中的检定与检定规程有所不同。

其接线如图所示，R1所测得的值是传感器加上引线电阻的阻值（引线电阻的阻值包括内引线电阻和检测用的引线电阻），R2所测得的值是引线电阻的阻值，传感器的阻值计算是：R1-R2，这种接线形式在测量上比较简单，但是检定用的引线如果太长就会影响测量的准确性，使测量时产生较大的误差，这样对于热电阻温度传感器出厂检定的结果有直接的影响。

温度传感器是否合格，不能确切的肯定，保证不了测量的准确性（如图2）。

5.4 恒温油槽的工作区域
恒温油槽是用来测试100℃时温度传感器的工作状态的，温度的波动及温度是否均匀对测试也有影响，所以检定应在温度充许的范围的内进行。

恒温油槽的工作区域具体的指传感器所能触及到的满足要求的温场的最大范围。

恒温油槽插孔位置的不同，检定出的数值也不同，也存在着误差，最大温差不大于
0.01℃，油槽工作区域内的垂直温差不大于0.02℃，水平温差不大于0.01℃。

所以正确的测量位置也可减小误差来源。

5.5 热电影响
铂电阻温度传感器在检定中由于置入深度不同会有电影响，在JB/T8622-1997《工业铂热电阻技术条件及分度表》中要求，在各输出端之间测得的电动势的值不大于20μV，所以在检定温度传感器时要保证一定的置入深度，一般不小于300mm。

6.结束语
综上所述，随着温度传感器技术的发展，温度传感器会在功能、结构及原理上会有不同，但是各种温度传感器在检定时都要有正确的理论作指导，合理的进行检定，不出现误检，是确保产品的质量的关键。

参考资料
[1] 《工业铂电阻技术条件及分度表》.JB/T8862-1997.
[2] 《工业铂、铜热电阻》.JJG229-98.
[3] 《恒温油槽技术性能测试规范》.JJF1030-1998.
[4] 《标准铂电阻温度计》.JJG160-92.。