如何校准温度传感器

温度测量是过程工业中最常见的测量之一。

每个温度测量回路都有一个温度传感器 作为回路中 的第一个组件。因此，这一切都始于温度传感器。温度传感器对整个温度测量回路的准确性起着至关重要的作用。

作为任何您想要准确的测量仪器，温度传感器也需要定期校准。如果您不在乎准确性，为什么要测量温度？

维连将介绍 如何校准温度传感器 以及 校准温度传感器时应考虑的最常见事项是 什么。

什么是温度传感器？

顾名思义，温度传感器是一种可以用来测量温度的仪器。它有一个与应用温度成正比的输出信号。当传感器的温度发生变化时，输出也会相应发生变化。

有各种温度传感器具有不同的输出信号。有些具有电阻输出，有些具有电压信号，有些具有数字信号等等。

实际上，在工业应用中，来自温度传感器的信号通常连接到温度变送器，该变送器会将信号转换为更易于长距离传输的格式，然后传输到控制系统（DCS、SCADA）。标准的 4 到 20 mA 信号已经使用了几十年，因为电流信号可以传输更远的距离，并且即使沿着电线存在一些电阻，电流也不会改变。现在采用数字信号甚至无线信号的发射器。

总之，要测量温度，所使用的测量元件是温度传感器。

测量温度传感器输出
由于大多数温度传感器都有电输出，因此显然需要以某种方式测量该输出。话虽如此，您需要有一个测量设备来测量例如输出、电阻或电压。

测量设备通常显示电量（电阻、电压），而不是温度。因此，有必要知道如何将该电信号转换为温度值。

大多数标准温度传感器都有国际标准，指定如何使用表格或公式计算电气/温度转换。如果您使用的是非标准传感器，则可能需要从传感器制造商处获取该信息。

还有一些测量装置可以将温度传感器信号直接显示为温度。这些设备还测量电信号（电阻、电压）并在内部编写传感器表（或多项式/公式），因此它们将其转换为温度。例如，温度校准器通常支持过程工业中使用的最常见的 RTD（电阻温度检测器）和热电偶 (T/C) 传感器。

那么如何校准温度传感器呢？
在我们讨论校准温度传感器时要考虑的各种事项之前，让我们先看看一般原则。

首先，由于温度传感器测量温度，因此您需要有一个已知温度才能将传感器浸入其中以进行校准。不可能“模拟”温度，但 您必须使用温度源创建真实温度 。

您可以生成准确的温度，也可以使用校准的参考温度传感器来测量生成的温度。例如，您可以将参考传感器和要校准的传感器插入液浴（最好是搅拌的）中，然后您可以在该温度点进行校准。或者，可以使用所谓的干块温度源。

例如，使用搅拌冰浴为 0 °C (32°F) 点校准提供了非常好的精度。

对于工业和专业校准，通常使用温度浴或干块。这些可以通过编程将温度加热或冷却到某个设定点。

在某些工业应用中，通常的做法是定期更换温度传感器，而不是定期校准传感器。

如何校准温度传感器——需要考虑的事项
让我们开始深入研究温度传感器的实际校准以及需要考虑的不同事项......

1 - 处理温度传感器
不同的传感器具有不同的机械结构和不同的机械鲁棒性。

最准确的 SPRT（标准铂电阻温度计）传感器，用作温度实验室的参考传感器，非常脆弱。我们的温度校准实验室人员说，如果 SPRT 接触某物而您可以听到任何声音，则必须在进一步使用之前检查传感器。

幸运的是，大多数工业温度传感器都很坚固，可以正常处理。有一些工业传感器非常坚固，可以承受相当粗暴的处理。

但是，如果您不确定应该校准的传感器的结构，那么安全总比抱歉好。

像处理 SPRT 一样处理任何传感器永远不会错。

除了机械冲击之外，温度的快速变化可能会阻碍传感器并损坏它或影响精度。

热电偶通常不如 RTD 探头灵敏。

2 - 准备工作
通常没有那么多准备工作，但有一些事情需要考虑。首先，进行目视检查，以查看传感器是否正常，并确保它没有弯曲或损坏，以及电线是否正常。

外部污染可能是一个问题，因此最好了解传感器的使用位置以及测量的介质类型。您可能需要在校准前清洁传感器，尤其是在您计划使用液体浴进行校准时。

可以在校准之前测量 RTD 传感器的绝缘电阻。这是为了确保传感器没有损坏，并且传感器与机箱之间的绝缘足够高。绝缘电阻下降会导致测量错误，并且是传感器损坏的迹象。

3 - 温度源
如前所述， 您需要有一个温度源 来校准温度传感器。只是无法模拟温度。

对于工业用途，温度干燥块是最常用的。它既方便又便携，并且通常足够准确。

对于更高的精度需求，可以使用液体浴。无论如何，这通常不容易携带，但可以在实验室条件下使用。

对于零摄氏度，通常使用搅拌冰浴。它非常简单且价格合理，但为零点提供了良好的准确性。

为了获得最准确的温度，正在使用定点电池。这些非常准确，但也非常昂贵。这些主要用于准确（和认可）的温度校准实验室。

4 - 参考温度传感器
温度是由上一章提到的一些热源产生的。显然，您需要非常准确地了解热源的温度。干块和液体浴提供测量温度的内部参考传感器。但是为了获得更准确的结果，您应该使用一个单独的准确参考温度传感器，该传感器插入与要校准的传感器相同的温度。这种参考传感器将更准确地测量要校准的传感器正在测量的温度。

自然地，参考传感器应该具有有效的可追溯校准。发送参考传感器进行校准比发送整个温度源更容易（如果您始终只校准参考传感器而不校准温度块，也最好记住温度块的温度梯度）。

至于热力学特性，参考传感器应与要校准的传感器尽可能相似，以确保它们在温度变化期间表现相同。

参考传感器和要校准的传感器应浸入温度源中相同的深度。通常，所有传感器都浸入干燥块的底部。对于非常短的传感器，它会变得更加困难，因为它们只会将有限的深度浸入温度源中，您应该确保您的参考传感器浸入的深度相同。在某些情况下，这需要使用专用的短参考传感器。

使用定点单元，您不需要任何参考传感器，因为温度是基于物理现象的，并且其性质非常准确。

5 - 测量温度传感器输出信号
大多数温度传感器具有需要测量并转换为温度的电输出（电阻或电压）。因此，您需要有一些用于测量的设备。一些温度源还为传感器提供测量通道，包括被测设备 (DUT) 和参考。

如果您测量电输出，则需要使用国际标准将其转换为温度。在大多数工业情况下，您将使用可以为您进行转换的测量设备，因此您可以方便地查看温度单位（摄氏度或华氏度）中的信号。

无论您使用什么方法进行测量，请确保您了解设备的准确性和不确定性，并确保其具有有效的可追溯校准。

6 - 浸入深度
浸入深度（将传感器插入温度源的深度）是校准温度传感器时的一项重要考虑因素。

我们的温度校准实验室人员在使用搅拌液体浴时给出了以下经验法则：

1% 精度 - 浸入 5 个直径 + 传感元件的长度
0.01% 精度 - 浸入 10 个直径 + 传感元件的长度
0.0001% 精度 - 浸入 15 个直径 + 传感元件的长度
搅拌式液体浴中的热传导比干块中的好，并且所需的浸入深度更小。

对于干块，Euramet 建议您浸入传感器直径加上传感器元件长度的 15 倍。因此，如果您有一个直径为 6 毫米的传感器，里面有一个 40 毫米的元件，则将其浸入（6 毫米 x 15 + 40 毫米）130 毫米。

有时很难知道实际元件在传感器内部的长度，但应在传感器规格中提及。

此外，您应该知道传感器元件的位置（它并不总是在传感器的最尖端）。

待校准传感器和参考传感器应浸入相同深度，使实际传感器元件的中点处于相同深度。

当然，对于非常短的传感器，不可能将它们浸入很深。这是校准短传感器时不确定性高的原因之一。

7 - 稳定
请记住，温度传感器始终测量自己的温度！

温度变化非常缓慢，您应该始终等待足够长的时间以使所有部件稳定到目标温度。当您将传感器插入某个温度时，在传感器的温度达到该温度并稳定之前总是需要一些时间。

您的参考传感器和要校准的传感器 (DUT) 可能具有非常不同的热力学特性，尤其是当它们在机械上不同时。

通常与温度校准相关的最大不确定性之一可能是校准完成得太快。

如果您最常校准类似类型的传感器，那么进行一些类型测试以了解这些传感器的行为是明智的。

8 - 温度传感器手柄
传感器手柄部分，或过渡结，通常会限制它的热度。如果加热太热，传感器可能会损坏。确保您了解您校准的传感器的规格。

如果在高温下校准，建议使用温度防护罩保护传感器手柄。

9 - 校准温度范围
对于温度传感器，通常不会校准传感器的整个温度范围。

范围的最顶端是您在校准时应该小心的东西。例如，如果在过高的温度下校准 RTD 传感器，它可能会永久漂移。

此外，传感器温度范围的最冷点可能难以校准/成本高昂。

因此，建议校准传感器将要使用的温度范围。

10 - 校准点
在工业标定中，需要选取足够多的标定点，才能看出传感器是线性的。通常在整个范围内校准 3 到 5 个点就足够了。

根据传感器类型，如果您知道传感器可能不是线性的，您可能需要获取更多点。

如果校准铂传感器并计划根据校准结果计算系数，则需要在合适的温度点进行校准才能计算系数。铂传感器最常见的系数是 ITS-90 和 Callendar van Dusen 系数。对于热敏电阻，可以使用 Steinhart-Hart 系数。

在经认可的实验室校准传感器时，也可以根据实验室的最小不确定度来选择点。

11 - 调整/微调温度传感器
不幸的是，大多数温度传感器无法调整或微调。因此，如果您发现校准错误，则无法对其进行调整。相反，您需要使用系数来校正传感器的读数。

在某些情况下，您可以补偿温度测量回路其他部分（变送器或 DCS）中的传感器误差。

其他需要考虑的事项
文档
与任何校准一样，温度传感器校准需要记录在校准证书中。

可追溯性
在校准中，所使用的参考标准必须对国家标准或等效标准具有有效的可追溯性。的 可追溯性应各自具有规定不确定度校准的连续链。

不确定
与校准一样，温度传感器校准也是如此， 您应该了解校准过程的总不确定性。 在温度校准中，校准过程（您进行校准的方式）很容易成为总不确定度中最大的不确定度分量。

自动校准
温度校准始终是一个非常缓慢的操作，因为温度变化缓慢，您需要等待稳定。如果您可以自动执行温度校准，您将受益匪浅。校准仍然需要很长时间，但如果它是自动化的，你就不需要在那里等待。

这自然会为您节省时间和金钱。电话/微信18717811268 黄工 邮箱 sales@weilianchina.com