本文为第二届《华体会体育中国首页 》中青年优秀科技论文奖二等奖获奖文章之一

广东省计量科学研究院　吴伟龙

　　热能表分量检定中，提高对热能表配对温度传感器的检定效率及自动化程度将直接影响热能表生产厂家的工作效率。本文介绍热能表配对温度传感器的检定及其温度系数修正的自动化过程。

　　一、热能表配对温度传感器自动检定装置的系统组成和测量原理

1.系统组成
热能表温度传感器自动检定装置包括:
(1)低温恒温槽2台(具有制冷及加热双重功能)，温度范围为0℃～95℃。
(2)标准水槽2台(具有加热功能)，温度范围为5℃～95℃，AT100标准水槽采用双槽体结构，内胆由不锈钢材料制成，搅拌系统为直接传动，使得工作室中的液体能充分循环，从而保证温场的均匀性和稳定性。最大温差≤0.01℃，温度波动度≤0.01℃/15min。
(3)标准铂电阻温度表2台，测温范围为-60℃～100℃，分辨力为0.01℃。
(4)计算机1台、AVT温度自动校正软件1套、光电读写头60套。
负责采集标准水槽温度、待测温度传感器电阻，计算修正电阻值，对热能表温度传感器的电阻值进行修正。

2.测量原理
根据JJG225-2001《热能表》检定规程和CJ128-2007《热量表》建设行业标准，本装置采用热能表分量检定法，对热能表的温度传感器进行检定。
为提高热能表出厂校验效率，每次可同时检定热能表的数量为60台。将热能表分为3组，每组20台。采用低温、中温、高温3个恒温槽同时工作的模式，分别将3组热能表的温度传感器放置在3个恒温槽内，并插入到规定的深度，每组热能表分别需要在不同温度点的3个恒温槽内进行温度的检定。当进行配对传感器温差检定时需要4个恒温槽同时工作，每组热能表在恒温槽内检定完毕后，再与另一个恒温槽内的另外一组热能表交换位置，使得配对传感器的两个温度传感器能在3个不同的温差点进行检定。
当恒温槽内的温度稳定后，AVT校验软件分别读取标准铂电阻温度计和被检热能表的温度读数，通过处理后，分别将每个热能表的温度修正系数通过光电接口写入到相应热能表中。然后，AVT校验软件再次分别读取标准铂电阻温度计和被检表的温度读数，并计算出热能表单支温度传感器的误差和配对温度传感器温差的误差，这样便可完成其检定过程，从而减轻劳动强度，减少人为因素对检定结果的影响，最终使其成为智能的热能表检定装置。每个热能表的温度修正数据和检定数据都将储存在有关的数据库中。在需要的时候，可以通过检验报告的形式输出文档。

　　二、热能表温度传感器检定装置对温度系数的自动修正原理

热能表温度传感器的自动检定是通过对热能表温度系数的修正来实现的，在3个不同的温度点分别读取标准铂电阻温度计和被检热能表的温度读数，通过计算确定温度系数，从而找出热能表温度传感器其温度与电阻的对应关系，便可实现其检定过程。
温度系数的修正方法如下:
普通铂电阻其温度与电阻的对应关系式为
R_T=R₀(1+AT+BT²) (1)
式中:R_T——铂电阻温度为T℃时的电阻值；R₀——铂电阻温度为0℃时的电阻值；A、B——常数。
现作变换，令a=R₀A、b=R₀B，则由式(1)可得
R_T=R₀+aT+bT²(2)
为求解式(2)，将热能表的温度传感器放入恒温槽内，在3个不同温度点T₁、T₂、T₃下进行测试，记录被测铂电阻的阻值为R₁、R₂、R₃，并将其分别代入式(2)，可得
R₀+aT₁+bT₁²=R₁
R₀+aT₂+bT₂²=R₂
R₀+aT₃+bT₃²=R₃
矩阵式为:
求解可得:
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
然后，根据式(2)可知热能表温度传感器其温度与电阻的对应关系，通过AVT温度校验软件计算处理后，由光电接口将相关的温度系数R₀、a、b写入到每个热能表中，便完成了修正过程。

三、热能表温度传感器的自动检定方法及误差计算

1.自动检定过程
开启两台标准铂电阻温度表，将标准铂电阻温度传感器插入恒温槽中。将每个被检表的计算器固定在测试支架上，每20个表构成1组，共分为3组(为了方便说明，被检表分为①、②、③3组)。把这些被检表的温度传感器用扎带捆绑成同一高度之后，放入不同温度的恒温槽中。插入的深度与标准铂电阻温度传感器的深度一致。将20个光电读写头分别放置在热能表计算器的表面，并保证读写头与光电读头的连接有效。热能表温度传感器的自动检定过程分以下两步进行:和标准表的读数T₁，将有关的读数储存到AVT的数据库中，完成第一个温度点的检定。同样步骤可完成第二个、第三个温度点的检定，检定数据为被检表的温度t_i和标准表的读数T₂，第三个温度点的检定数据为被检表的温度和标准表的读数T₃。由温度点t_i、t_i、t_i查普通铂电阻标准电阻表得出对应的电阻为R_i、R_i、R_i。将上述检测数据代入式(2)可得
R₀+aT₁+bT₁²=R_i
R₀+aT₂+bT₂²=R_i
R₀+aT₃+bT₃²=R_i
这样可解出R₀、a、b的值从而能解出式(2)的表达式。再根据式(2)，可以计算出0℃～100℃传感器修正的电阻值，把0℃～100℃传感器对应的修正电阻值下载到热能表后，就完成了温度的修正过程。热能表温度系数修正的检定记录表如表1所示。
3213213212

(1)第一步:温度系数的修正
温度系数的修正选取在6℃、50℃、90℃温度下测量其对应的3个电阻值，然后通过计算来确定其修正系数。①、②、③3组被检表分别放到不同温度(6℃、50℃、90℃)的3台恒温槽中，各组被检表与标准铂电阻温度传感器应放置在同一恒温槽的同一工作区域内，进行第一个温度点的检定。AVT软件通过光电读头自动读取被检表的温度t_i1

表1 热能表温度系数修正检定记录表

(2)第二步:热能表温度传感器的检定
对单支温度传感器应在6℃、50℃、90℃温度下检定其温度误差；对配对温度传感器应在3℃、15℃、60℃的温差下检定其温差的误差。①、②、③3组被检表分别放到不同温度的3台恒温槽中，当进行配对传感器温差检定时4个恒温槽同时工作，各组被检表与标准铂电阻温度传感器应放置在同一恒温槽的同一工作区域内，进行第一个温度点和温差点的检定。AVT软件通过光电读头自动读取被检表和标准表的读数。将有关的读数储存到AVT的数据库中，作为第一个温度点和温差点的检定数据。同样步骤可确定第二个、第三个温度点和温差点的检定数据。通过3个温度点和温差点的检定便完成了热能表温度传感器的检定过程。
热能表单支温度传感器温度误差检定表如表2所示，热能表配对温度传感器温差检定表如表3所示。

表2 热能表单支温度传感器温度误差检定记录表

表3 热能表配对温度传感器温差检定记录表

2.检定结果误差计算
误差计算方法为，对单支温度传感器的检定，取被检传感器显示温度的算术平均值与标准器对应温度值的算术平均值之差作为传感器的误差；对配对温度传感器温差的检定，取两次被检传感器显示温度之差的算术平均值与两次标准器对应温度差的算术平均值之差作为配对温度传感器温差的误差。

　　四、结束语

热能表温度传感器自动检定装置利用AVT校验软件通过光电接口的读写功能，对热能表温度系数的自动修正和误差的自动评定来完成对热能表温度传感器的自动检定，提高了热能表的生产和检定效率，实现了热能表温度传感器的批量检定和有效监管。该方法特别适合具有大批量生产和检定任务的热能表生产厂家。
基金项目:广东省科技基础条件建设项目(2008A060205004)。