温度测量系统自动化标定技术研究与应用

　　0　概述

　　表征物体冷热程度的温度是一切互为热平衡系统的一种状态参数,获取这种参数量值的温度计在工农业生产、科学技术研究、国防科研任务以及人们的日常生活中得到广泛的应用,相应的利用温度计的温度测量系统也应运而生。为确保测量系统的准确性,就必须严格执行IPTS90国际温标的溯源性。但是,由于温度是反映物体冷热程度的过程量,标定系统实际上测量的是自身温度计的温度,因此被校准的温度计与固定点或校准点均匀稳定温度场的热平衡至关重要。而传统的校准工作不仅需要较长的工作时间,而且与校准工作人员的经验有关,校准效率比较低。我们研制的这套温度计量自动化标定系统,采用计算机技术、误差处理技术并把智能化仪器的优越之处结合起来。

　　1　温度测量自动化计量系统组成及工作原理

　　本系统由计算机、恒温槽、恒温槽温度控制传感器、标准温度计、被检温度计和数字多用表等组成,系统组成框图如图1所示。

　　计算机是整个系统的核心,通过GPIB接口卡和通讯接口完成对被测系统、温度控制器及校准流程的控制,以及对校准数据的分析和处理。恒温槽是用做盛装介质(水、油等)的容器。温度控制器是用来控制恒温槽内介质的温度,它在计算机的控制下结合自控温度计一起利用一个反馈电路来提供一个被校准的温度计与固定点或校准点所需的均匀稳定温度场。数字多用表是用来测取标准温度计的电阻值,标准温度计为铂电阻温度计,通过计算机和数字多用表之间的通讯来测取它的电阻值,最后通过计算机利用温度计百分表插分公式得到温度值。

　　2　系统的误差分析及检定误差分析和处理

　　2·1　系统的误差分析

　　利用温度自动计量系统对温度测量系统进行校准,其校准结果的不确定度主要与参考标准温度计、测量仪表、检定装置温度场不均匀性、以及温度场的稳定性、温度计动态特性和测量重复性等有关。为确保国际温标的正确传递,有必要对以上所提各项进行考虑。

　　温度的校准一般有定点法和直接比较法,但是定点法一般要用于基准或标准实验室,而后者则可应用于一般计量实验室和工业企业实验室。在本系统中我们采用的是直接比较法。温度计校准的基本条件是温度场稳定,其允许的温度范围从零点几个毫开到几百个毫开不等,并且使被检温度系统的温度与相应的固定点温度或校准点温度一致。为确保校准精度,在同一校准点一般要按升温与降温过程各做一定数量的重复测试,以减小滞后和读数误差等系统误差。但是在温度自动检定系统中,由于要求自动控温和数据测量,因此容易强调了检定效率,而忽视了温度场稳定性,以及不同温度测试系统的不同响应特性。由此可能造成的测量不确定度可能大大超出人们的预料,因此需要给出重复度。同时由于温度场波动的存在,因此我们在每个校准点采取多个值,以提高准确性。