黑龙江省大气探测技术保障中心
摘要：本文介绍了气象用铂电阻温度传感器的检定方法、使用的液体恒温槽和数据采集器等设备，分析了气象用铂电阻温度传感器的检定研究现状及存在的问题。同时，提出了使用ASM-800型采集器代替自动站采集器检定温度传感器的方法，及使用ATC-125B型十体炉温度检定系统实现温度传感器自动检定方法，试验结果显示，与液体槽方法相比结果相同。使用新的检定设备及方法，提高了检定效率，改进了温度传感器检定工作的质量。
关键词：测试计量仪器；铂电阻温度传感器检定；数据采集器；干体炉
我国现有自动气象站使用的温度传感器主要有3种，即天津气象仪器厂生产的WZP1型、江苏无线电研究所有限公司生产的ZQZ-TW 1型温度传感器和芬兰VAISALA公司生产的HMP45D空气温湿度传感器。这3种传感器的感温元件均为四线制Pt100型铂电阻。铂电阻内部没有处理电路，只能将感应的温度变化转换成电阻变化，电阻值由数据采集器采集后运算处理转换成温度值，并分别在采集器面板或终端显示器上显示出来。根据《自动气象站检定规程》的要求，气象用铂电阻温度传感器与自动气象站其他传感器一样，要定期检定，检定周期为2年。
一、检定方法研究进展
（一）采集单元
检定工作中使用的自动气象站中的温度采集单元包括数据采集器及温度变送器。使用温度变送器，是为了扩展采集器上的温度采集通道数量，即使用少量的采集器通道测量多个温度传感器的信息，达到节约资源，提高仪器使用效率的目的。在传统的铂电阻温度传感器校准方法中，采用的电子扫描开关及标准数据采集器是自动气象站系统配备的电子扫描系统及采集器，如华创升达配置的DT系列和无锡无线电研究所配置的ZQZ型数据采集器。
使用这种采集器虽然能够完成温度数据的自动扫描及采集，但是它的温度通道的扫描程序一般都被固化，检定人员不能根据需要改变温度通道的扫描时间。而在实际检定过程中，温度传感器尤其是标准器的温度感应时间是比较灵敏的，所以造成了被检传感器的显示速度大大滞后于温度标准器，尤其是目前气象设备多采用现场校准的现状下，再加上使用波动度较大的恒温槽（如WFY-201B型）检定时，就会产生被测传感器与标准器的示值读数同步性较差，影响检定质量，同时增加了检定过程中示值读取的时间。
（二）液体恒温槽
规程中提到的恒温槽是一种通过控制槽体内液体介质的温度，使得工作区内温度均匀、稳定，用于检定在工作区内的温度计的控温设备。液体介质通常采用水或酒精等，工作时检定人员通过温度控制系统设定温度点，温度控制系统根据设定的温度点和感温铂电阻传感器测得的槽内液体温度控制制冷压缩机或加热器工作。液体在槽体内通过电机在水平方向旋转循环或垂直方向上下翻滚循环两种方式，在工作区内创造了温度相对均匀稳定的液体空间。
目前，用于气象用温度传感器检定的液体恒温槽均由中国气象局统一配发，如WLR系列恒温槽和中国湖州唯立仪表厂生产的WLR-D系列制冷恒温槽等。
二、温度传感器检定新方法探索
（一）更换数据采集器
在示值检定过程中，为了实现传感器读数时间自由可调的目的，本研究中选用了丹麦AMETEK公司的JOFRA ASM-800型数据采集器代替自动站系统配备的采集器及其电了扫描系统。ASM-800型采集器能同时采集8路模拟信号，每个模拟通道又分别可以采集电阻、电压或电流信号，对每种信号在不同的测试量程时有不同的采集精度。另外，ASM-800型采集器又分别针对热电阻和热电偶类型的传感器等定义了多种常见的型号及其参数，用户使用时可以选择对应的传感器型号即可直接显示温度示值。
使用ASM-800型数据采集器检定铂电阻温度传感器的步骤如下：1、将被校传感器及标准器感应端放在恒温槽内，将传感器接线端连接采集器。2、用RS-232数据线将采集器连接电脑，并开启采集器电源，利用ASM-800数据采集器软件
JOFRALOG连接采集器。3、在软件上设置各通道的信号采集类型：先输入传感器序号，在输入信号类型中选RTD项，在辅助选项里选择“P100 90 385”，输出单位为“0C”，4线制。多个传感器时，可逐一选择或者采用复制的方式设置。4、选择开始类型及开始采集时间，设置采集器扫描时间间隔（以秒为单位），并选择数据保存路径。5、点击开始图标，即打开数据浏览界面，实时显示温度传感器示值，数据刷新时间为设置扫描时间间隔。6、设置不同检定点温度，记录、处理数据。
（二）使用干体炉温度检定系统自动检定
干体炉是一种将温度传感器放置在均热套管内测试的温度校准设备，一般由控温器、固体加热块、温度套管组件、带温度传感器的温度指示表等组成。通过控制加热块温度，使均热套管内的温度达到设定值。与传统的液体恒温槽相比，具有体积小，变温快，根据设定步骤自动检定等优点。
ATC-125随机带有的均热套管多是针对标准型号的铂电阻温度传感器的设计的，其传感器插孔尺寸大小不一，且不能满足气象用温度传感器的使用。所以，为了检定WZP1，ZQZ-TW1和HMP45D三类温度传感器，需要设计相应的均热套管。ATC-125随机带有的均热套管具体可见图1所示。
图1 ATC-125随机带有的均热套管
使用ATC-125B型干体炉温度校准系统检定铂电阻温度传感器的步骤如下：
1、将被校传感器及标准器感应端放在均热套管内，传感器接线端连接至采集器，用RS-232数据线将采集器及干体炉连接电脑，开启电源，利用JOFRACAL软件连接校准系统与电脑。2、在JOFRACAL软件中选择被检传感器的型号，填写编号、测量范围及误差允许区间等；多个传感器时，可逐一选择或者采用复制的方式快速设置。3、在软件中选择干体炉、采集器、参考温度标准器的型号并填写其性能参数。可以选择内部测温传感器或外部测温传感器作为参考温度标准器。4、设定温度检定点，填写持续稳定判断时间。修改检定证书格式及信息。5、开始检定，干体炉按照设定温度从低到高的顺序自动开始调温，经过每个温度设定的稳定时间后，自动记录该点数据并判定是否合格。 6、完成检定，自动制作检定证书。
干体炉与液体恒温槽检定结果对比。为了检验使用干体炉检定温度传感器的结果，特别设计了与液体恒温槽检定方法对比的试验。试验中，随机选择了5只WZP 1型和5只ZQZ-TW l型温度传感器，首先在液体恒温槽中做出检定，然后在干体炉中进行检定。干体炉使用的是外部传感器控温方式，两个检定过程使用的是同一温度标准器及数据采集器。从试验结果中可以看出，在干体炉中检定与在液体恒温槽中检定得到的60组传感器误差结果中有54组相同，并且两个检定过程对被检传感器是否合格的判定结果一致。本研究中，由于针对HMP45D温湿度传感器设计的均热套管尚未制作完成，所以没有完成对HMP45D温湿度传感器的实验对比数据。
结束语：
使用ASM-800型采集器替代检定铂电阻温度传感器，改进了自动气象站自身的采集器由于采集程序固化导致的不能修改扫描时间的问题，增加了检定读数时间的灵活性，提高了检定质量和效率。使用ATC-125B型干体炉及ASM-800型采集器组合检定铂电阻温度传感器，与传统恒温槽检定系统相比，具有体积小，变温快，能够根据设定实现自动检定等优点，尤其适合现场铂电阻温度传感器的检定。同时，随着区域自动气象站系统建设的逐步完善，其校准已经成为当前必须面对的工作，使用干体炉温度校准系统检定温度传感器的方法也为区域站温度传感器的检定提供了一种方便快捷、经济有效的参考方法。
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论文作者:李帅,逄淑蕾,孙哲
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/6
标签：温度传感器论文; 采集器论文; 温度论文; 传感器论文; 液体论文; 数据论文; 气象论文; 《基层建设》2016年11期论文;