首页 >
论文范文 >
工程工业论文 >
重工业论文 >
仪器仪表工业论文 >
矿用温度传感器校准方法探究及应用
2024-08-16
71
上传者：管理员
摘要：本文主要介绍了矿用温度传感器相关计量特性，明确了校准条件，确定了校准项目和校准方法，同时给出相关测量结果的不确定度评定示例，为校准矿用温度传感器提供了一种可参考的方法。
加入收藏
矿用温度传感器主要用于连续监测并显示井下作业环境、通风巷道、密闭硐室内的环境温度值。它能将井下监测点的环境温度通过数据传输系统实时传送给监测监控系统，并具备报警功能。该设备主要由感温元件、数据处理单元、显示单元、声光报警装置、信号输出单元等组成。
目前，针对矿用温度传感器校准尚无统一的国家技术规范，大部分企业参照MT 381—2007《煤矿用温度传感器通用技术条件》或企业自定标准进行检测，导致出现使用方法和校准参数不统一等问题。本文主要参考MT 381—2007《煤矿用温度传感器通用技术条件》等技术文件，探索研究了矿用温度传感器计量特性、校准条件和项目，明确了校准方法，对示值误差测量不确定度进行了评定，不仅能解决工矿企业矿用温度传感器的计量需求，更好地评价设备计量性能，确保矿用温度传感器测量结果的一致性和准确性，还能为煤炭生产企业的安全生产提供更多的保障。
1、计量特性
1.1示值误差
示值误差不超过±2.5%FS。
1.2重复性
重复性不超过最大允许误差绝对值的1/2。
1.3响应时间
响应时间不大于10 s（在液体中）。
1.4信号传输误差
信号传输误差不超过±2.5%FS。
1.5报警点偏差
报警点显示值与设定值的差值应不超过最大允许误差的1/2。
1.6报警声级强度
报警声级强度符合使用要求，且应大于等于80 dB(A）。
1.7绝缘电阻
本安端与外壳间绝缘电阻值不低于50 MΩ。
2、校准条件
2.1环境条件
温度：15～35℃；相对湿度：≤80%。
2.2测量标准及其他设备
测量标准及其他设备如表1所示。
表1测量标准及其他设备
3、校准项目和校准方法
3.1校准前检查
传感器应符合相关安全性规定，标识标志齐全，外壳无明显划痕和损伤，金属部件不应有锈蚀和变形，机械连接部分应牢固可靠，无松动现象，通电后显示屏和状态指示灯（标志）显示良好。
3.2示值误差及重复性
在校准环境条件下，传感器应进行充分预热，时间应在30 min以上。校准时，温度场应控制在校准温度点附近，且一般不应超过±2℃，同时要求10 min内的变化不超过±0.10℃。待稳定后，记录标准温度计和传感器测量值（在校准时，感温元件切勿与金属物件、恒温槽壁等接触）。
校准点应覆盖整个测量范围，且均匀分布，一般应包括测量上、下限在内的至少5个点。从低温点到高温点依次设置恒温槽温度，并使温场达到稳定。待温场稳定3 min后，分别记录各自的显示值，重复以上操作3次。传感器的示值误差为3次测量的算术平均值与标准温度计实际值的差值，计算公式为：
式中，Δt为示值误差，℃；tP为传感器的示值平均值，℃；tB为标准温度计的实际值，℃。
若以标准水银温度计为标准器，则：
式中，tS为标准温度计示值，℃；d为标准温度计在相应温度点的修正值，℃。
重复性测量与示值误差同时进行，对各校准点进行3次测量，传感器在校准点的重复性按下式计算。
式中，tr为传感器的重复性，℃；tmax为传感器温度校准点3次测量示值的最大值，℃；tmin为传感器温度校准点3次测量示值的最小值，℃。
3.3响应时间
将传感器的感温元件放入25℃的恒温槽液体中，待稳定后，记录传感器显示值，然后将感温元件放入5℃的液体中，待稳定后，迅速将感温元件放入25℃液体中，使用秒表记录传感器的显示值达到原显示值的90%时的时间，重复上述操作3次，传感器响应时间为3次测量值的算术平均值。
3.4信号传输误差
按传感器使用说明的要求供电，将模拟电缆负载串接在传感器信号输出端，在仿真电路末端使用信号测量设备测量数据。恒温槽（或恒温箱）温度由测量下限逐渐升至满量程，待温度显示稳定后，记录传感器相应示值，同时读取传感器输出信号，重复操作3次。
传感器输出信号平均值对应的温度值为：
式中，Li为矿用温度传感器输出信号平均值对应的温度值，℃；Lm为矿用温度传感器测量温度上限值，℃；L0为矿用温度传感器测量温度下限值，℃；Xm为矿用温度传感器测量上限对应的信号标称值，mA或Hz;X0为矿用温度传感器测量下限对应的信号标称值，mA或Hz;为矿用温度传感器的输出信号平均值，mA或Hz。
矿用温度传感器的信号传输误差为：
式中，∆l为矿用温度传感器信号传输误差，℃；Li为矿用温度传感器输出信号平均值对应的温度值，℃；为矿用温度传感器示值平均值，℃。
3.5报警点偏差
报警温度点设定在25～40℃范围内的某个值（也可按客户要求选定），将传感器感温元件放入15℃以下温场中，然后缓慢升温，当传感器发出报警时读取示值。以同样的操作方式测量3次，计算平均值，按下式计算得到报警点偏差。
式中：∆B为矿用温度传感器报警点偏差，℃；B为矿用温度传感器报警设定值，℃；为矿用温度传感器报警平均值，℃。
3.6报警声级强度
在低于50 dB(A）环境中，将声级计（A计权）放置在传感器的报警声响器轴心正前方1 m处测量报警声级强度，共测量3次，报警声级强度为平均值。
3.7绝缘电阻
用绝缘电阻表测量传感器本安端与其外壳裸露金属件之间的电阻。
4、复校时间间隔
使用单位可根据实际使用工况、仪器质量情况自主确定复校时间间隔。建议矿用温度传感器复校时间间隔不超过12个月。
5、矿用温度传感器示值误差的不确定度评定示例
5.1测量方法
将传感器进行预热，开启恒温槽，待温度稳定至校准点规定的温度值，将标准水银温度计和传感器感温元件放置在恒温槽中，稳定3 min后，分别记录标准水银温度计和传感器示值，重复上述步骤测量10次。
5.2测量模型
式中，Δt为矿用温度传感器的示值误差，℃；tP为矿用温度传感器的示值，℃；tS为标准温度计的示值，℃；d为标准温度计的修正值，℃。
5.3标准不确定度评定
5.3.1输入量tP的标准不确定度
1）测量重复性引入的不确定度
在温度为0.0℃、25.0℃、50.0℃、75.0℃、100.0℃校准点上分别做10次重复性连续测量，得各个校准点上的测量数据，见表2。
在实际测量中，使用3次测量的平均值作为矿用温度传感器在该校准点的测量结果。由表2可知该传感器在50.0℃校准点的重复性最大，为0.11℃，测量重复性引入的不确定度采用A类方法评定，则：
表2重复性测量数据
2）分辨力引入的不确定度
根据传感器的使用说明书可知，其分辨力为0.1℃，被测传感器分辨力引入的不确定度采用B类方法进行评定。分辨力为0.1℃，则区间半宽为0.05℃，假设为均匀分布，k=，则由传感器分辨力引入的不确定度为：
比较u(tP1)和u(tP2)，取两者中较大者作为输入量tP的标准不确定度，因此输入量tP的标准不确定度为：
5.3.2输入量tS的标准不确定度
输入量tS的标准不确定度u(tS)主要考虑恒温槽温度波动性引入的不确定度u(tS1)、恒温槽温度均匀性引入的不确定度u(tS2)、标准水银温度计示值估读引入的不确定度u(tS3)。
1）恒温槽温度波动性引入的不确定度
在0～100℃时，恒温槽的温度波动性≤0.10℃/10 min，区间半宽为0.05℃，按均匀分布处理，包含因子k=，则：
2）恒温槽温度均匀性引入的不确定度
在0～100℃时，恒温槽的温度均匀性≤0.20℃，区间半宽为0.10℃，按均匀分布处理，包含因子k=，则：
3）标准水银温度计示值估读引入的不确定度
标准水银温度计示值应估读到分度值的1/10，即0.01℃，区间半宽为0.005℃，按均匀分布处理，包含因子k=，则：
5.3.3输入量d的标准不确定度
输入量d的标准不确定度u(td)主要考虑标准水银温度计修正值引入的不确定度分量u(td1)、标准水银温度计在周期内不作零位修正引入的不确定度分量u(td2)。
1）修正值引入的不确定度分量
由标准水银温度计的溯源证书可得，0～100℃时，标准温度计示值修正值的扩展不确定度为0.04℃（k=2），则：
标准温度计在周期内不作零位修正所引入的误差不超过0.06℃，按均匀分布处理，包含因子k=，则：
2）周期内不作零位修正引入的不确定度分量
5.4合成标准不确定度
输入量d的灵敏系数：:c3=
输入量tS的灵敏系数：c2=
输入量tp的灵敏系数：c1=
5.4.1灵敏系数
5.4.2合成标准不确定度
合成标准不确定度为：
5.5扩展不确定度
取包含因子k=2，则各校准点示值误差的扩展不确定度为：
因此，对于测量范围为0～100℃，分辨力为0.1℃，示值误差为2.5%FS的矿用温度传感器示值误差校准结果的不确定度为：U=0.3℃，k=2，说明该校准方法可满足溯源要求。
6、结束语
矿用温度传感器作为矿用温度计量器具，广泛应用于煤矿安全生产中。本文结合矿用温度传感器计量特性和使用场景提出简便可行的校准方法，并给出不确定度评定示例。根据不确定度评定结果可知，该方法可以满足常用矿用温度传感器的校准、测试需求，为该类型设备的校准提供可借鉴的思路。
参考文献:
[1]煤矿用温度传感器通用技术条件:MT 381—2007[S].
[2]国家计量校准规范编写规则:JJF 1071—2010[S].
[3]通用计量术语及定义:JJF 1001—2011[S].
[4]测量不确定度评定与表示:JJF 1059.1—2012[S].
[5]双金属温度计校准规范:JJF 1908—2021[S].
[6]矿用氧气检测报警器:JJG 1087—2013[S].
[7]催化燃烧式甲烷测定器:JJG 678—2007[S].
[8]矿用水位传感器校准规范:JJF(晋)37—2020[S].
[9]周尚熳,吴玉龙.双金属温度计测量结果的不确定度评定[J].中国计量,2014(10):94-95.
[10]王晓明.JJG(皖)38—2018《矿用温度传感器》检定规程解读[J].科技视界,2019(22):247-248.
[11]詹明琼.矿用温度传感器示值误差测量结果的测量不确定度评定[J].工业计量,2015,25(增刊1):106-107.
[12]陈二军.JJF(晋)37—2020《矿用水位传感器校准规范》解读[J].大众标准化,2020(17):175-176.
[13]郭浩,张欢.双金属温度计测量结果的不确定度分析与评定[J].品牌与标准化,2018(2):41-44.
[14]茹强,丁可,赵哲.激光甲烷气体测定器的校准[J].化学分析计量,2022,31(12):74-77.
[15]茹强,张娟蓉,赵哲.矿用风速传感器信号传输误差的不确定度评定[J].计量与测试技术,2022,49(10):107-109.
文章来源:王琥.矿用温度传感器校准方法探究及应用[J].品牌与标准化,2024,(05):234-237.
分享：
气体传感器是各类易燃、易爆、毒害气体实时监测与灾害预警的最有效途径之一，在环境保护、工业生产、航空航天、公共安全等诸多领域有着重大需求。半导体气体传感器灵敏度高、检测对象广、成本低和寿命长，是应用最为广泛的气体传感器之一。然而传统的金属氧化物半导体气体传感器需要加热至200 ℃以上工作[2],导致传感器功耗较高。
2024-12-05
与传统的电涡流式悬浮间隙传感器相比，电容悬浮间隙传感器具有抗电磁干扰能力强、温度漂移小、过轨道接缝时检测值变化平缓等优点。然而电容悬浮间隙传感器输入输出关系存在明显的非线性特性，将无法满足悬浮控制系统的线性要求，导致传感器无法获取准确的悬浮间隙值，进而影响列车悬浮系统的稳定性。
2024-12-04
MEMS传感器具有体积小、功耗低、可靠性高、适于量化生产、易于集成和实现智能化等优点。在过去的几十年里，MEMS传感器在市场上取得了长足的发展。压力传感器是MEMS传感器中市场规模最大的产品之一，在汽车、消费电子、工业、医疗和航空领域有着广泛的应用。
2024-12-04
光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)传感器相比于传统电学传感器具有体积小、质量轻、抗电磁干扰等,已经在多种领域结构监测中得到广泛应用,是解决重大航天装备超低温环境下健康监测难题的先进技术。航天火箭发射时，燃料贮箱会受到较大冲击，且传感器由于剧烈的温差变化。
2024-12-04
随着现代传感技术的发展和在桥梁工程领域的广泛应用，结构健康监测(structural health monitoring, SHM)已成为保障桥梁安全与延长其使用寿命的关键技术手段。大跨径桥梁由于结构的服役环境较为复杂，尤其需要实时获取重要的结构荷载和环境作用等信息，通过挖掘监测数据中的各种特征，对结构进行状态监控和损伤诊断。
2024-12-04
应变传感器作为现代工业和科学研究中不可或缺的精密测量工具，在航天、生化、结构健康监测等众多科学技术领域有着广泛的应用。传统的基于线性可变差接变压器和激光测距原理的电学应变传感器，因为其体积大、易受环境干扰、易损坏、传输损耗大等缺点限制了其在更广泛的应用。
2024-12-04
现代纳米颗粒(nano particles, NPs)的定义为，在三维空间的某一维度尺寸处在1～100 nm之间的微小颗粒。NPs有多种存在形式，如碳纳米管、量子点、纳米棒、纳米胶囊、聚合物和金属NPs等。这些微小的物体形状各异，具有独特的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。
2024-12-04
目前光钟的控制系统主要采用NI、M-Labs等公司研发的通用采集控制模块，其优点是功能齐全、开发便捷，实时性满足光钟需求，但不利于小型化集成。例如华中科技大学的镁-铝离子光频标，采用NI公司的PCIe-7851R、PCIe-6351板卡及信号源等组合使用作为控制系统，主控制程序使用Labview实现，运行在Windows操作系统上[7]。
2024-12-03
助听器和人工耳蜗是听力受损人群实现听力重建最有效的手段[1],其中助听器通过传声器拾取外部声音并进行放大重放可实现听力损失补偿。由于助听器受话器与传声器间存在声反馈,使用大增益补偿听力损失将导致助听器出现稳定性问题,产生啸叫;而过低的增益将无法有效补偿听力损失,也无法实现听觉重建。
2024-11-08
医院照明系统是否稳定与可靠，对医疗活动至关重要，它影响着医护人员工作效率和患者安全，同时关联医院能效和成本。随着技术进步和运营需求增长，低压电工在照明系统维护中扮演着关键角色，需精通技术要点和实践策略。现有研究多聚焦照明技术发展，而对低压电工维修照明系统的系统研究不足。
2024-11-06我要评论
期刊名称：品牌与标准化
期刊人气：618
主管单位：辽宁省质量技术监督局
主办单位：辽宁省标准研究院
出版地方：辽宁
专业分类：经济
国际刊号：1674-4977
国内刊号：21-1564/T
邮发代号：8-160
创刊时间：1981年
发行周期：双月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：1-3个月
影响因子：2.378
影响因子：0.097
影响因子：0.790
影响因子：0.000
影响因子：0.094
科普杂志阅读、期刊信息查询、论文下载、文献查询、原创文章检测等多项服务。
服务热线
您的论文已提交，我们会尽快联系您，请耐心等待！
你的密码已发送到您的邮箱，请查看！
