数字温度计与数字式温湿度计在工业生产中的智能化应用及效果评估

数字温度计与数字式温湿度计在工业生产中的智能化应用及效果评估

阿依加玛丽·艾山

伊犁州检验检测认证研究院 新疆伊宁市835000

摘要：随着我国经济的飞速发展，在现实工作情境中数字式温湿度计在实践中的应用已经相当普遍，在工厂企业生产经营过程中的应用尤其广泛，因此，保证数字式温湿度计准确性非常重要，这需要通过校准来实现。本文针对在校准过程中存在的不确定性进行分析，旨在解决数字式温湿度计的校准问题。

关键词：数字温度计；数字式温湿度计；工业生产；智能化应用；效果评估

引言

随着工业生产需求不断增加以及仪表技术水平不断提高，高精度数字温度计在精密测量领域的应用越来越广泛。由于数字温度计具有便携性以及读数便捷性，对技术人员的要求远低于标准水银温度计和精密水银温度计，因而高精度数字温度计在某些领域有替代水银温度计的趋势。近几年，随着工业水平的不断提升，工业生产领域对数字温度计的要求不断提高，生产厂商为了满足市场的需求，不断提升数字温度计的精度。这就使得高精度数字温度计成了数字温度计的重要细分市场，进而对于数字温度计的计量要求也随之不断提升。为了生产精度高、稳定性好的数字温度计，一些厂商通过筛选稳定性好的工业铂热电阻，并标定a、b、c系数，将系数写入仪表，以提升数字温度计的整体测量精度。还有一些生产商则直接使用标准铂电阻温度计作为测温传感器，将高精度数字温度表作为测量和完成温度转换的设备，测量时首先需要对标准铂电阻的参数进行测量，然后将a4、b4、a8、b8等参数输入高精度数字表中，组成一整套测温系统来获得较高的测量精度。传统的基于恒温槽提供温场的测量方式受恒温槽温场稳定性、温场均匀性、标准器的漂移等因素的影响，其测量不确定度水平已经很难满足日益提高的校准要求。而固定点装置采用一系列单质高纯金属或者非金属，利用其在一定压力下相变过程中的温度相对稳定的特点制成。ITS-90国际温标中规定了从-189.3442~961.78℃的9个固定点用于温度校准。固定点装置具备稳定性高、复现性好等优点，因而采用固定点装置提供稳定温场成为一种较好的解决方案。

1不确定度概述

不确定度指的是，在测量过程中由于测量误差的存在，导致对被测量值不能肯定的程度。换句话说，不确定度其实就是精确度的反向指标。不确定度越小，则证明测量数据结果与实际数值之间的差距相对较小，具备更强的应用价值；不确定度越大，则证明测量数据结果与实际数值之间的差距相对较大，其应用价值相对较弱。不确定度在测量领域中的应用比较常见，该指标的使用在一定程度上提升了设备测评的综合性与全面性。

2温度校准结果的测量不确定度评定

温度的校准需要按照特定流程进行，将精密露点仪的温度探头、数字温湿度计放置在温湿度检定箱的中心，并对温度进行调整，调整目标为试验前预先设定的基本目标，一般为20℃，在基本稳定10min之后开始对数字进行读取，读取频率为0.5次/min，取3次数值的平均值（包括温湿度计示值以及真实值），取差。在上述差值的基础上进行计算，具体计算流程应当如下：建立基本的测量模型。具体公式为ΔT=T标-T示（1）式中：ΔT表示差值；T标表示标准平均值；T示表示显示平均值。灵敏系数计算。在实践中，T标、T示的值具备较强的独立性，其灵敏系数分别为c1=∂ΔT/∂T标=1、c2=∂ΔT/∂T示=-1，所以，不确定度可以通过这一公式来表示，即：uc2=c12u12(T标)+c22u22(T示)（2）基于T示计算不确定度。在实践中，本文以10℃为实验背景，共进行10次独立测量，基于读数平均值计算得到结果为s(xi)=0.048℃，通过进一步计算可以得到u1的具体数值，即0.048℃/=0.028℃，u1指的是重复性引入的不确定度。其次，需要对分辨力引入的不确定度u2进行确定，该数值的计算方式为分辨力/2，即0.1/2=0.029℃。基于T标计算不确定度。需要对测量误差引入的不确定度u3进行确定，根据校准证书，可得u3=U/k=0.04/2=0.02。同时还需要对检定箱温度均匀度引入的不确定度u4进行计算，计算默认为均匀分布，同时根据规范内容可得，u4=0.3/2=0.087℃。还需要对检定箱温度均匀度引入的不确定度u5进行计算，计算默认为均匀分布，同时根据规范内容可得，u5=0.2/=0.115℃。合成标准不确定度的计算，根据上述内容，可以得出，合成标准不确定度==0.148℃。

3不确定度评定

3.1数学模型

数字温度计示值误差计算公式为:x=t-(ts+Δts)式中，x为数字温度计的示值误差，℃；t为数字温度计的温度读数平均值，℃；ts为等标准铂电阻温度计的温度读数平均值，℃；Δts为等标准铂电阻温度计的温度修正值，℃。

3.2不确定度传播律

数学模型中的各分量彼此独立不相关，则：u2c()x=c21u2()ts+c22u2()Δts+c23u2()t式中，灵敏度系数c1=c2=c3=1。

3.3标准器分辨力带来的标准不确定度u()ts1

一等标准铂电阻温度计及其配套仪表的分辨力为0.001℃时，半宽为0.0005℃，按均匀分布，k=3，其标准不确定度为：u()ts1=0.00053=0.001℃固定点容器复现性引起的不确定度u()ts2固定点容器在-189.3443~660.323℃内复现性最大为0.004℃，按均匀分布，置信因子k=3，则：u()ts2=0.004℃3=0.0023℃固定点容器温坪变化引起的不确定度u()ts3固定点容器在-189.3443~660.323℃内温坪变化最大为0.002℃，则不确定度区间半宽为0.002℃，按均匀分布，置信因子k=3，则：u()ts3=0.002℃3=0.0012℃标准器修正值带来的标准不确定度u()Δts根据证书，一等标准铂电阻温度计及其配套仪表扩展不确定度U=0.005℃，符合正态分布，取k=2，引入的标准不确定度为：u()Δts=0.005℃2=0.003℃数字温度计的示值读数重复性引入的不确定度u()t1在水三相点中对被测数字温度计进行10次测量，得到测量值为：0.010、0.010、0.011、0.011、0.012、0.011、0.012、0.012、0.013、0.010℃，则测量的实验标准差为：s()xi=∑i=1n()xi-xˉ2n-1=0.001℃测量结果平均值的标准不确定度为：u()t1=s()xi4=0.0005℃被测数字温度计分辨力引入不确定度u()t2对于分辨力为0.001℃的数字温度计，不确定度区间半宽为0.005℃，按均匀分布，置信因子k=3，则：u()t2=0.0005℃3=0.0003℃为避免重复计算，重复性和分辨率只取最大值，因此计算最大影响量u()t1，舍弃u()t2。

结语

数字式温湿度计以其在测量方面具有较多优势的特点，应用领域已经涉及工业、农业、医疗等较大的范围。由于数字式温湿度计还没有相应的国家检定规程或校准规范作为量值溯源与传递的工作指导，此文章内容仅根据本人多年重复的实验操作以及大量实验数据的分析统计整理，同时参考了相关的校准实施细则和有关的操作规范。随着市场的需求和发展，出台更加系统严谨的工作指导依据就显得尤为迫切，希望数字温湿度计校准工作体系更加完善，计量机构能实现更加精准、高效、便捷的检测服务。纵观全文，数字式温湿度计的校准对于保证相关单位正常生产而言具备十分重要的现实意义，除了按照正确的流程以及思维开展相关工作，还应当加强对其他几方面的重视。首先，校准设备对于校准结果会产生直接的影响，因此，在校准开始之前，相关技术人员必须对设备性能、参数、质量进行充分分析，保证其应用效果。其次，还要对校准环境进行严格控制，保证其规范性与专业性。最后，还应当明确校准过程的各个环节，保证执行方面的规范性，只有做到以上几点，才能有效提升校准质量。

参考文献

[1]孙立堂.高精度数字测温仪在恒温槽温场测试中的应用[J].中国计量，2014（8）：104-106.

[2]张军，王杰文，张开兴.高精密数字温度计性能评价方法与应用分析[J].计量与测试技术，2022，49（7）：59-61，65.

[3]张克，张哲，杨莉.采用高精度数字温度计替代标准水银温度计的探讨[J].计量学报，2007，28（增刊1）：99-102.

[4]王在旗，陈炯宇，纪金龙，等.高精度数字温度计替代标准水银温度计的探讨[J].宇航计测技术，2022，42（3）：44-48.

[5]王伟，孙建平，曾凡超，等.基于准绝热的锌固定点复现装置[J].计量学报，2016，37（6）：591-595.

[6]毛菊林.用于标准铂电阻温度计的固定点装置不确定度评定[J].中国计量，2017（12）：113-114.

[7] 马嫣，尹遵义，冯玉辉，等.标准铂电阻固定点复现自动监测装置的设计与应用[J].工业计量，2021，31（5）：35-38.