温度传感器校验 原位校准——温度传感器校准的最佳方法
原位校准——温度传感器校准的最佳方法
如果温度传感器可以在原位进行校准，那么传感器发生故障的风险就比较小。
在卫生过程工业中，温度传感器最常用的标准校准操作程序是两点或三点校准。可以在设施的实验室或接入点附近进行校准。这反映了为传感器获得最清晰的温度曲线并检测偏差的最先进方法。这种做法也符合审计师和监管机构的期望。
在卫生行业中，测量工艺温度的标准热电阻（RTD）可以持续使用数年。即便如此，卫生系统中温度仪表的最大风险是校准过程。打开设备、取下插件、连接和断开电源线、将温度计引入油浴或阻塞校准器，或将温度计运送到实验室，都会增加机械损坏的可能性。
从过程或热套管中移除传感器是热电阻出现故障的最大原因。用户最为关心的一个问题是：“在移除传感器进行校准后，将传感器重新安装到过程完全相同的测量位置的最佳方法是什么？”如果可以采用原位校准温度传感器，则风险就会显著降低。
Endress+Hauser 的iTherm TrustSens 卫生型RTD 传感器的自我校准或自我验证功能可供连续健康监控。启动TrustSens 自校准功能所需的最低温度阈值为118℃。
图片来源：Endress+Hauser
温度校准时序
传统三点校准的主要限制是校准周期时间。校准周期之间热电阻的性能如何？大多数工厂根据风险管理和成本分析确定周期时间。更多校准（更短的周期）可以降低风险，但会增加费用。
更少的校准（更长的周期）则相反。具有自校准或自我验证功能的传感器可对热电阻进行连续的健康监测。每次进行消毒时，传感器都会执行校准，而无需：
• 停止生产过程；
• 从过程中移除热电阻；
• 维护或计量人员的任何努力。
此时，校准将在校准周开始之前立即识别或消除与热电阻不一致的风险，从而确保最高的产品质量。
根据传感器的设计规范，启动自校准所需的最低温度阈值为118℃。这通常发生在每次进行消毒的循环期间。
然而，由于并非所有卫生应用都有消毒过程，还有其它方法可以利用自我校准。一种方法是将传感器从过程中取出，并将其置于陶瓷干块热源中，以达到118℃的温度。
一旦到达该温度， 就可以关闭干燥块并使其冷却，同时将传感器保留在干燥块加热器中。当温度低于118℃时，将进行自校准并确保热电阻保持在公差范围内，这将大大减少过程停机时间。
关键概念：
■ 为了校准而从过程中移除时，传感器元件可能会失败。
■ 原位校准可降低传感器故障的风险。
思考一下
原位校准是否可以节省过程的时间和资源？
- 完 -
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年10月刊《技术之源》栏目，原标题为：温度传感器的校准
4种常用温度传感器校准设备
温标
国际上使用摄氏温标 和热力学温标 ，1968年建立了国际实用温标 。
摄氏温标 是以水银的体膨胀与温度间的线性关系为基础的，它与已被取消的华氏温标间 的换算关系式为
热力学温标 系以热力学第二定律为依据，理论上确定分子停止运动为绝对零度，但此温度目前无法实现。于是，设立了气体温度计，建立了热力学温标。其分度为水沸点至冰融点在标准大气压下之差为100 K。
由于气体温度计装置复杂，且不实用。为此，于1968年建立了国际实用温标 （IPTS-68）。IPTS-68适用于测定任何温度，数值与热力学温度相近而又具有较高的复现性。IPTS-68是以一些可复现的平衡态的定点温度，以及能够精确分度的标准仪器为标准校准设备的。由IPTS—68所定义的热力学温度（T68）和摄氏温度U68）间的关系为
IPTS-68定义的基准点列于下表中。
表 国际实用温标IPTS—68定义基准点
按国际温标，将整个温度测试区分为几段，各段使用不同的基准仪器：
低温至630.74℃以内，主要用铂电阻温度计 ；
630.74〜1064℃用铂镑-铂热电偶 ；
1064℃以上则采用光学高温计 。
铂电阻温度计
铂电阻温度计是根据金属铂电阻值随温度变化而变化的性质制成的，典型结构如下图所示。
铂电阻温度计
标准铂电阻温度计的铂丝直径为0.3 mm，加工成铂电阻温度计后，要细心、严格地对其进行化学处理的热处理。
铂电阻温度计的电阻与温度间的关系为
为了提高测量准确度、减小偏差值，可通过下述途径：其一，对铂的纯度提出更高要求；其二，用内插公式增加分度点数;其三，改进铂的化学和热处理工艺。
铂电阻温度计配接的二次仪表为精密电桥或精密电位差计。为消除连接导线的影响，有时采用四线结构。
铂铑-铂热电偶
热电偶是根据热电效应制成的测温传感器。从理论分析已知，热电偶产生的电势由温差电势和接触电势组成。根据热电效应，任意两种导体都可作为热电极，组成热电偶而用来测温。在工程上，一般选择在其测温范围内稳定、电阻温度系数小、电导率高、组成热电偶后输出电势大，且其值与温度成线性关系的金属作为热电偶的热电极。经研究，钻铑10-铂热电偶复制精度及测量准确性高，故常用来作精密测量和作为标准热电偶。
下表列出了铂铑-铂热电偶及其他几种常用热电偶的特性。
表 常用热电偶特性
对热电偶，应在规定的温度点上进行校验。下表列出了铂铑-铂及其他几种热电偶的校验温度点。
表 常用热电偶校验温度点
热电偶可配接直接电位差计、精密电桥等二次仪表。
热电偶校验（标定）装置
上图为热电偶校验装置示意图。校验时，将两只热电偶同时置入加温箱中，其中一只为被校验（标定）热电偶，一只为铂铑-销标准热电偶，用比较法校准。校准时，将热电偶冷端置入冰点槽，以保持0℃。校验中炉温变化速率不应大于0.2℃/min。
不论是标准铂电阻温度计，还是热电偶标准温度计，用于校准其他温度传感器时，配用适当的高、低温恒温装置，即可进行工作。恒温装置包括恒温箱、水浴、油浴、髙温炉等。
热电阻的标定
热电阻温度传感器的标定可用比较法。其方法是用标准温度计（标准水银温度计或标准铂电阻温度计）与被校热电阻温度计进行比较。测量电路一般多采用四线制精密电位差计，或精密电桥。校验（标定）装置如下图所示。
电阻温度传感器的标定
实验步骤是：用标准温度计测出恒温箱温度，经分压器调节毫安表，将被测系统回路电流控制在4 mA。首先将切换开关置标准电阻一侧，读取电位差计示值Us，再转置被测电阻端读出电位差计示值U,，即可按下式求得Rt。
式中,Rt——被侧点阻值；Rs——标准电阻值。
在同一校准点，重复多次，计算出各次测量所得出的尺值，取平均值。再调节恒温箱（一般取被测电阻承受额定温度的90%，50%和10%），重复上述步骤。
基准光电高温比较仪
中国计量科学研究院基准髙温装置一高温光电比较仪光路图如下图所示。工作时，光源（小金点黑体炉或温度灯）经物镜成像于调制器7的狭缝上，经调制转换为交流光信号。信号由光导纤维混合、传输，并于聚光透镜焦点上聚焦，经聚光镜和干涉滤光片后，由聚光透镜14均匀地聚焦到光电倍增管的阴极上。
基准光电高温比较仪
经调制的光相位相反，当两束光亮度不等时，一个交变光能量由光电倍增管接收，使指零仪表不指“0”，调节被检灯电流，以达亮度平衡。若两光源亮度相等，则被检光源的亮度温度就等于标准光源的亮度温度。
基准高温光电比较仪的控制线路框图如下图所示。
光电比较仪电子线路框图
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