本文為第二屆《中國計量》中青年優秀科技論文獎二等獎獲獎文章之一

廣東（dōng）省計（jì）量科學研究院（yuàn）　吳（wú）偉龍

　　熱能表（biǎo）分量檢定中，提高對熱能表配對溫度傳（chuán）感器的檢定效率及自動化程度（dù）將直接影響熱（rè）能表生產廠（chǎng）家的工作效率。本（běn）文介紹熱能表配對溫度傳（chuán）感器的檢定及其溫度係數修正的自（zì）動化過（guò）程。    

　　一、熱能表配對溫度傳感器自動檢定（dìng）裝置的係統組成和測量原理

    1.係（xì）統組成
    熱（rè）能表溫度傳感器自動檢定（dìng）裝置包括:
    (1)低溫恒溫槽2台(具有製冷及（jí）加熱雙重功能（néng）)，溫度範圍為0℃～95℃。
    (2)標準（zhǔn）水槽（cáo）2台(具（jù）有加熱功能)，溫度範圍（wéi）為（wéi）5℃～95℃，AT100標準水槽采用雙槽體結構，內膽由不鏽鋼材料製成，攪（jiǎo）拌係統為直接傳動，使得工作室中的液體能充分循環，從而保證（zhèng）溫場的均勻（yún）性和穩定（dìng）性。最大溫差≤0.01℃，溫度波動度≤0.01℃/15min。
    (3)標準鉑電阻溫度表2台，測溫範圍為-60℃～100℃，分辨力為0.01℃。
    (4)計（jì）算機1台、AVT溫（wēn）度自動校正軟件1套、光電讀寫頭60套。
    負責采集標準水槽溫度、待測溫度傳感器電阻，計算（suàn）修正電阻值，對熱能表溫度傳感器（qì）的電阻值進行修正。

    2.測量原理
    根據JJG225-2001《熱（rè）能表（biǎo）》檢定（dìng）規程和CJ128-2007《熱量（liàng）表》建設行業標準，本裝置采用熱能表分量檢定法（fǎ），對熱能表的溫度傳感器進行檢定。
    為提高熱能表出廠校驗效率，每次可同（tóng）時檢定熱能表的數量為60台。將熱能表分為3組，每組20台。采用低溫（wēn）、中溫、高溫3個恒溫槽同（tóng）時工作的模式，分別將3組熱能表的溫度傳感器放置在3個恒溫槽內，並插入到規定的深度，每組（zǔ）熱能表分別需要在不（bú）同（tóng）溫度點（diǎn）的3個恒溫槽（cáo）內進行溫度的檢定。當進行配對傳（chuán）感器溫差檢定時需要4個恒（héng）溫（wēn）槽同時工作（zuò），每組熱能表在恒溫槽內（nèi）檢定完畢後，再（zài）與另一個恒溫槽內的（de）另外一組熱能表交換位置，使（shǐ）得配對傳（chuán）感器的兩個溫度傳（chuán）感器（qì）能在3個不同的溫差點進行檢定（dìng）。
    當恒溫槽內的（de）溫度（dù）穩定後，AVT校（xiào）驗軟件分（fèn）別讀取標（biāo）準鉑電阻溫度計和（hé）被檢熱（rè）能表的溫度讀數，通過處理後，分別（bié）將（jiāng）每個熱能表的溫度修正係數（shù）通過光（guāng）電接口寫入到相應熱（rè）能表中。然後，AVT校驗軟件再次分別讀取標準鉑電阻溫度計和被檢表（biǎo）的溫度讀數，並計算出熱能表單支溫（wēn）度傳感器的（de）誤差和配對溫度傳感（gǎn）器溫差的誤差，這樣便可完成其檢定過程，從而減輕勞動強（qiáng）度，減少（shǎo）人（rén）為因素對檢定結果的影響，最（zuì）終使其（qí）成為智能的熱能表檢定裝置。每（měi）個熱能表的溫度修正（zhèng）數據和（hé）檢定數據都將儲存在有關的（de）數據庫中。在需（xū）要（yào）的時候，可以通（tōng）過檢驗報（bào）告的形（xíng）式輸出文檔（dàng）。    

　　二（èr）、熱能表溫度傳感器檢定裝置對溫度係數的自動修正原理

    熱能（néng）表溫度傳感器的（de）自動檢定是通（tōng）過對熱能表溫度係數的修正來實現的，在3個不同的溫度點分別讀取標準鉑電阻溫度計和（hé）被檢熱能表的溫度讀數，通過計算確定溫度係數，從而找出熱能表溫度傳感器其溫度與電阻的對應關係，便可實現其檢定過程（chéng）。
    溫度係數的（de）修正方法如下:
    普通鉑電阻其溫度與電阻的對應關係式為
    R_T=R₀(1+AT+BT²)  (1)
    式中:R_T——鉑電阻溫（wēn）度為T℃時的（de）電阻值；R₀——鉑電阻溫度為0℃時的電阻值；A、B——常數。
    現作變換，令a=R₀A、b=R₀B，則由式(1)可得
    R_T=R₀+aT+bT²  (2)
    為求解（jiě）式(2)，將熱能表的溫度傳感器放入恒（héng）溫槽內（nèi），在3個不同溫度點T₁、T₂、T₃下進（jìn）行測試，記（jì）錄被測鉑電阻的阻值為R₁、R₂、R₃，並將其分別代入式(2)，可得
    R₀+aT₁+bT₁²=R₁
    R₀+aT₂+bT₂²=R₂
    R₀+aT₃+bT₃²=R₃
    矩陣式（shì）為:
    求解（jiě）可得:
    其中:
    D=(T₃-T₂)T₁²-(T₃-T₁)T₂²+(T₂-T₁)T₃²
    D₁=(T₂T₃²-T₂²T₃)R₁-(T₁T₃²-T₁²T₃)R₂+(T₁T₂²-T₁²T₂)R₃
    D₂=(T₂²-T₃²)R₁+(T₃²-T₁²)R₂-(T₂²-T₁²)R₃
    D₃=(T₃-T₂)R₁-(T₃-T₁)R₂+(T₂-T₁)R₃
    然後，根據式(2)可知熱能表溫度傳感器其溫度與電阻（zǔ）的對應關係，通過AVT溫度校驗軟件（jiàn）計算處理後，由光電接口將相關的溫度係數R₀、a、b寫入到每個熱能表中，便完（wán）成了修正過程。    

三、熱能表溫度傳感器的自動檢定方法及誤差計算（suàn）

    1.自動檢定過程
    開啟兩台標準鉑（bó）電阻（zǔ）溫度表（biǎo），將標準（zhǔn）鉑電阻溫度傳感器插入恒溫槽中（zhōng）。將每個被檢表的計算器固定在（zài）測試支架（jià）上，每20個表構成1組，共分為3組(為了方便說明，被檢表分為①、②、③3組)。把這些被檢表的溫度傳感器用紮帶捆綁成（chéng）同一（yī）高度之後，放入（rù）不同溫度的恒溫槽中（zhōng）。插入的深度（dù）與標準鉑電阻溫度傳感器的深度一致。將20個光電讀寫頭分別放置在熱能表計算器的表麵（miàn），並保證讀寫頭與（yǔ）光電讀頭的連接有效。熱能（néng）表溫度傳（chuán）感（gǎn）器的自動檢定過程分以下兩步進行:和標準表的（de）讀數T₁，將有關的讀數儲存（cún）到AVT的數據庫中，完成第一個溫度點的檢定（dìng）。同樣步驟可完成第二個、第三（sān）個溫度點的檢定，檢定數據為被檢（jiǎn）表的（de）溫度t_i和標準表的（de）讀（dú）數T₂，第三個溫度點的檢定數據為被檢表的溫度和（hé）標準表的讀數（shù）T₃。由溫度點（diǎn）t_i、t_i、t_i查普通鉑電阻標準電阻表得出對應的電阻為R_i、R_i、R_i。將上述檢測數據代入（rù）式(2)可得（dé）
    R₀+aT₁+bT₁²=R_i
    R₀+aT₂+bT₂²=R_i
    R₀+aT₃+bT₃²=R_i
    這樣可解出R₀、a、b的（de）值從而能解出式(2)的表達式。再根據式(2)，可以計算出0℃～100℃傳感器修正的電（diàn）阻值，把0℃～100℃傳感器對應的修正電阻（zǔ）值下載到熱能（néng）表後，就完成了溫度的修正過程。熱（rè）能表溫度（dù）係數修正的檢定記錄表如表1所示。
    3213213212

    (1)第一步:溫度係數的修（xiū）正
    溫度係數（shù）的修正選取在6℃、50℃、90℃溫度下測量（liàng）其對應的3個電阻值，然後（hòu）通過計算來確（què）定其修正係數。①、②、③3組被檢表分（fèn）別放到不同溫度(6℃、50℃、90℃)的3台恒溫槽中，各組被檢表與標準鉑電阻溫度傳感器應放置在同一恒溫槽的同一工作區域內（nèi），進行第一個溫度點的（de）檢（jiǎn）定。AVT軟件通過光電讀頭自動讀取被檢表的溫（wēn）度t_i1

 表1  熱（rè）能表溫度係數（shù）修正檢定記錄表

    (2)第（dì）二步:熱能表溫度傳感器的檢定
    對單支溫度（dù）傳感器應在6℃、50℃、90℃溫度下檢定其溫度誤差；對（duì）配對溫度傳感器應在3℃、15℃、60℃的溫差下檢定其溫差的誤差。①、②、③3組被檢（jiǎn）表（biǎo）分別放到不同溫度的3台恒溫槽中，當進行（háng）配對傳感器溫差檢定時4個恒溫槽同時工作（zuò），各組被檢表與標（biāo）準（zhǔn）鉑電阻溫度傳感器應（yīng）放置在同一恒溫槽的同一工作區（qū）域內，進行（háng）第一個溫度點和溫差點的（de）檢定。AVT軟件（jiàn）通過光電讀頭自（zì）動讀取被檢表和（hé）標準表（biǎo）的讀（dú）數。將（jiāng）有關的讀數儲存到AVT的數據庫（kù）中（zhōng），作為第一（yī）個溫度點和溫差點（diǎn）的檢定數據。同樣步驟可確定第二個、第三個溫度點和溫差點的檢定數據。通過（guò）3個溫度點和溫差點的檢定便完成了熱能表溫度（dù）傳感器的（de）檢定（dìng）過程。
    熱能表單支溫度傳感器溫度誤差檢定表如表2所示，熱能表配（pèi）對溫度傳感器溫差檢定表如表3所示。    

 表2  熱能表單支（zhī）溫（wēn）度傳感（gǎn）器溫度誤差檢定記（jì）錄表    

表3  熱能表配對溫度傳感器溫差檢（jiǎn）定記（jì）錄表

   2.檢（jiǎn）定結果誤差（chà）計算
    誤差計算方法為（wéi），對單支溫度傳感器的檢定（dìng），取（qǔ）被檢傳感器顯示溫度的（de）算術平均值與標準器對（duì）應溫度值的算（suàn）術平均值之差作為傳感器的誤差；對配對溫度傳感器溫差的檢定，取兩次被檢傳感器顯示溫度之差的算術平（píng）均值與兩次標準器對應溫度差的算術平均值（zhí）之（zhī）差作為配對溫度傳感器溫差（chà）的誤差。    

　　四、結束語

    熱能表溫度傳感器自動檢定裝置利用AVT校驗軟件通過光（guāng）電接口的讀寫功能（néng），對（duì）熱能表溫度（dù）係數（shù）的自動修正（zhèng）和誤差的自動評定來完成對熱能（néng）表溫度傳感器的（de）自動（dòng）檢定，提高了熱能表的生產和檢定效（xiào）率，實現了熱能表溫度傳感器的（de）批量檢定和有效監管。該方（fāng）法特別適合具有（yǒu）大批量生產（chǎn）和檢定任務的熱能表生產廠家。
    基金項目:廣東省科技基礎條件建設項（xiàng）目（mù）(2008A060205004)。