温度测量是过程工业中最常用的测量方法之一。
每个温度测量回路都有一个温度传感器作为循环中的第一个组件。所以，这一切都始于一个温度传感器。温度传感器对整个测温回路的精度起着至关重要的作用。
正如任何测量仪器你想要准确，温度传感器也需要定期校准。如果你不关心精确度，为什么要测量温度呢?
在这篇博文中，我将看一看如何校准温度传感器和你最应该考虑的事情是什么校准温度传感器时。
在我们进入细节之前，这里有一个关于如何校准温度传感器的短视频:
什么是温度传感器?
让我们从最基本的开始…讨论什么是温度传感器:
顾名思义，温度传感器是一种可以用来测量温度的仪器。它的输出信号与施加的温度成正比。当传感器温度变化时，输出也会随之变化。
有各种各样的温度传感器，有不同的输出信号。有的有电阻输出，有的有电压信号，有的有数字信号等等。
实际上，在工业应用中，温度传感器的信号通常连接到温度变送器，将信号转换成一种更容易远距离传输的格式，以传输到控制系统(DCS, SCADA)。标准的4到20 mA信号已经被使用了几十年，因为电流信号可以传输更远的距离，即使沿着电线有一些电阻，电流也不会改变。现在采用数字信号甚至无线信号的发射机。
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，显然需要用某种方法来测量输出。也就是说，你需要一个测量设备来测量输出，例如电阻或电压。
测量装置通常显示的是电量(电阻、电压)，而不是温度。因此，有必要知道如何将电信号转换成温度值。
大多数标准温度传感器都有国际标准，规定了如何使用表格或公式计算电气/温度转换。如果你有一个非标准的传感器，你可能需要从传感器制造商那里获得信息。
还有可以将温度传感器信号直接显示为温度的测量设备。这些设备还可以测量电信号(电阻、电压)，并在内部编程传感器表(或多项式/公式)，从而将其转换为温度。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需要考虑的各种事情之前，让我们先看看一般的原理。
首先，由于温度传感器测量温度，您需要有一个已知的温度来将传感器浸入其中进行校准。“模拟”温度是不可能的，但是你必须创造一个真实的温度使用温度源。
您可以生成准确的温度，或者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(最好是搅拌液浴)，然后您可以在该温度点进行校准。另外，也可以使用所谓的干块温度源。
例如，使用搅拌冰浴可以提供相当好的0°C(32°F)点校准精度。
对于工业和专业校准，通常使用温度浴或干块。可以通过编程将温度加热或冷却到某一设定值。
在一些工业应用中，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-要考虑的事情
让我们开始挖掘温度传感器的实际校准和不同的事情来考虑....
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。
最精确的SPRT(标准铂电阻温度计)传感器，在温度实验室中用作参考传感器，是非常脆弱的。我们的温度校准实验室人员说，如果SPRT碰到什么东西，你可以听到任何声音，传感器必须在进一步使用前进行检查。
幸运的是，大多数工业温度传感器都是健壮的，能够经受住正常的处理。有一些工业传感器非常坚固，可以承受相当粗糙的操作。
但如果你不确定要校准的传感器的结构，安全总比遗憾好。
把任何传感器当作SPRT来处理都不会错。
除了机械冲击外，温度的快速变化可能会对传感器造成阻碍，并损坏它或影响精度。
热电偶通常没有RTD探头那么敏感。
2 -准备
通常没有那么多的准备工作，但是也有一些事情需要考虑。首先，进行目视检查，以确保传感器看起来正常，并确保它没有弯曲或损坏，电线看起来正常。
外部污染可能是一个问题，所以最好知道传感器在哪里使用，以及它测量的是哪种介质。校准前，您可能需要清洗传感器，特别是如果您计划使用液浴校准。
在校准前可以测量RTD传感器的绝缘电阻。这是为了确保传感器没有损坏，传感器与机箱之间的绝缘足够高。绝缘电阻的下降会导致测量误差，这是传感器损坏的标志。
3 -温度源
正如前面提到的,你需要一个温度源校准温度传感器。要模拟温度是不可能的。
对于工业用途，温度干燥块是最常用的。它既方便又便携，通常还足够精确。
对于更高的精度要求，可以使用液浴。无论如何，这通常不容易携带，但可以在实验室条件下使用。
对于摄氏零度，通常使用搅拌冰浴。它是相当简单和负担得起的，但提供了一个良好的精度为零点。
为了获得最精确的温度，我们使用定点电池。它们非常精确，但也非常昂贵。这些大多用于精确的(和认可的)温度校准实验室。
4 -参考温度传感器
温度是由前一章提到的一些热源产生的。你显然需要非常精确地知道热源的温度。干块和液槽提供了一个内部参考传感器来测量温度。但是为了得到更精确的结果，你应该使用一个单独的精确参考温度传感器，该传感器插入与待校准传感器相同的温度。这种参考传感器将更准确地测量待校准传感器所测量的温度。
当然，参考传感器应该有一个有效的可追踪校准。发送一个参考传感器进行校准要比发送整个温度源更容易(如果你总是只校准参考传感器而不是块，记住温度块的温度梯度也很好)。
在热力学特性方面，参考传感器应与待校准传感器尽可能相似，以确保它们在温度变化时的行为相同。
参考传感器和待校准传感器应浸入温度源的相同深度。通常，所有传感器都浸在干块的底部。对于非常短的传感器，这将变得更加困难，因为它们将只浸没到温度源的一个有限的深度，你应该确保你的参考传感器浸没的深度相同。在某些情况下，这需要使用专用的短参考传感器。
使用定点电池，你不需要任何参考传感器，因为温度是基于物理现象，本质上是非常精确的。
5 -测量温度传感器输出信号
大多数温度传感器都有一个电输出(电阻或电压)，需要测量并将其转换为温度。所以，你需要一些设备来测量。一些温度源还为被测设备(DUT)和参考传感器提供了测量通道。
如果你测量电输出，你需要将其转换成温度，使用国际标准。在大多数工业情况下，你会使用一个测量设备，可以为你做转换，所以你可以方便地看到信号的温度单位(摄氏或华氏)。
无论你用什么方法测量，确保你知道设备的精度和不确定度，并确保它有有效的可追溯校准。
6 -浸没深度
在校准温度传感器时，浸入深度(传感器插入温度源的深度)是一个重要的考虑因素。
我们的温度校准实验室人员给出了这样的经验法则，当使用搅拌液浴时:
- 1%精度-浸没5直径+长度的传感元件
- 0.01%精度-浸泡10直径+长度的传感元件
- 精度0.0001% -浸泡15直径+长度的传感元件
搅拌液浴的导热性优于干式，所需浸没深度较小。
对于干式块，Euramet建议将传感器直径的15倍与传感器元件的长度一起浸泡。所以，如果你有一个6毫米直径的传感器，其中有一个40毫米的元素，你浸入它(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有多长时间，但它应该在传感器规格中提到。
此外，您应该知道传感器元素的位置(它并不总是位于传感器的最尖端)。
待校准传感器和参考传感器浸入相同的深度，使实际传感器元件的中点处于相同的深度。
很自然地，由于传感器很短，不可能把它们浸没得很深。这是校准短传感器时高不确定性的一个原因。
7 -稳定
记住，温度传感器总是测量它自己的温度!
温度变化相当缓慢，你应该一直等待足够长的时间，以使所有部分稳定到目标温度。当您将传感器插入一个温度，它总是需要一些时间之前，传感器的温度已经达到该温度和稳定。
您的参考传感器和要校准的传感器(DUT)可能有非常不同的热力学特性，特别是如果它们的机械特性不同。
通常，与温度校准有关的最大不确定因素之一可能是校准太快。
如果你经常校准类似类型的传感器，那么做一些类型测试来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，通常有一个温度上限。如果温度过高，可能会损坏传感器。确保你知道你校准的传感器的规格。
如果在高温下校准，建议使用温度屏蔽保护传感器手柄。
9 -校准温度范围
对于温度传感器，不校准传感器的整个温度范围是很常见的。
在校准范围的最顶端时，你应该小心。例如，如果你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很难/昂贵校准。
因此，建议校准传感器将要使用的温度范围。
10 -校正点
在工业校准中，需要选择足够的校准点，以确保传感器是线性的。通常在整个范围内校准3到5个点就足够了。
根据传感器类型的不同，如果您知道传感器可能不是线性的，您可能需要取更多的点。
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，以便能够计算系数。铂金传感器最常用的系数是ITS-90和Callendar van Dusen系数。对于热敏电阻，可以使用斯坦哈特-哈特系数。
当传感器在认可的实验室校准时，也可以根据实验室最小的不确定度选择点。
11 -调节/微调温度传感器
不幸的是，大多数温度传感器不能调整或修剪。所以，如果你在校准中发现了一个错误，你就不能调整它。相反，您需要使用系数来校正传感器的读数。
在某些情况下，您可以在温度测量回路的其他部分(在变送器或DCS)补偿传感器误差。
其他需要考虑的事情
文档
与任何校准一样，温度传感器的校准需要记录在校准证书中。
可追溯性
在校准时，所使用的参考标准必须具有与国家标准或同等物的有效可追溯性。的可追溯性应该是一个完整的校准链，每个校准都有声明的不确定度。
更多关于计量溯源的信息，请参阅博文校准中的计量溯源-你能溯源吗?
不确定性
在校准和温度传感器校准中，你们应该知道校准过程的总不确定度。在温度校准中，校准过程(你校准的方式)很容易成为总不确定度中最大的不确定度。
更多关于校准不确定度的信息，请参阅博客文章假人校准不确定度
自动校准
温度校准总是一个相当缓慢的操作，因为温度变化缓慢，你需要等待稳定。如果你能自动进行温度校准，你会受益良多。校准仍然需要很长时间，但如果它是自动化的，你不需要在那里等待。
这自然会为你节省时间和金钱。
此外，当自动化时，您可以确保校准总是以相同的方式进行。
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感谢我们认可的温度校准实验室人员在制作这篇文章时的帮助。特别感谢先生。托尼Alatalo，我们认可的温度实验室的负责人!
