JJF (陕) 090-2022 矿用温度传感器校准规范.pdf

陕 西 省 地 方 计 量 技 术 规 范陕 西 省 地 方 计 量 技 术 规 范JJF（陕）0902022JJF（陕）0902022矿用温度传感器校准规范Calibration Specification for Mine Temperature Sensor20221116 发布20230216 实施陕 西 省 市 场 监 督 管 理 局陕 西 省 市 场 监 督 管 理 局发 布JJF(陕)0902022归 口 单 位：陕西省市场监督管理局主要起草单位：榆林市计量技术研究院参加起草单位：延安市质量技术检测研究院本规范由陕西省市场监督管理局负责解释矿用温度传感器校准规范Calibration Specification forMine Temperature SensorJJF（陕）0902022JJF（陕）0902022JJF(陕)0902022本规范主要起草人：王琥（榆林市计量技术研究院）张娟蓉（榆林市计量技术研究院）张艳飞（榆林市计量技术研究院）参加起草人：杨利（榆林市计量技术研究院）程占东（榆林市计量技术研究院）张敏（榆林市计量技术研究院）袁芸玲（延安市质量技术检测研究院）JJF(陕)0902022I目录引言.（）1范围.（1）2引用文件.（1）3术语.（1）4概述.（1）5计量特性.（2）5.1示值误差.（2）5.2重复性.（2）5.3响应时间.（2）5.4信号传输误差.（2）5.5报警点偏差.（2）5.6报警声级强度.（2）5.7绝缘电阻.（2）6校准条件.（2）6.1环境条件.（2）6.2测量标准及其他设备.（2）7校准项目和校准方法.（3）7.1校准前检查.（3）7.2示值误差及重复性.（3）7.3响应时间.（4）7.4信号传输误差.（4）7.5报警点偏差.（5）7.6报警声级强度.（5）7.7绝缘电阻.（5）8校准结果表达.（5）8.1校准结果处理.（5）8.2校准结果的不确定度.（5）9复校时间间隔.（6）附录 A 矿用温度传感器校准记录（推荐）格式.（7）附录 B 校准证书内容及内页（参考）格式.（9）附录 C 矿用温度传感器示值误差的不确定度评定.（11）JJF(陕)0902022II引言本规范依据 JJF10712010国家计量校准规范编写规则、JJF10012011通用计量术语及定义、JJF1059.12012测量不确定度评定与表示等基础性系列规范文件进行制定。本规范校准方法及计量特性等参考了 MT 3812007煤矿用温度传感器通用技术条件的相关条款。本规范为首次发布。JJF(陕)09020221矿用温度传感器校准规范1范围本规范适用于温度测量范围为（-20100），具有数字显示的矿用温度传感器（以下简称传感器）的校准。2引用文件本规范引用下列文献：MT 3812007 煤矿用温度传感器通用技术条件凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语信号传输误差 signal transmission error传感器的显示值与输出电信号换算为温度值的差值。4概述矿用温度传感器用于连续监测并显示井下作业环境、通风巷道、密闭硐室内环境温度值，能将井下监测点的环境温度通过数据传输系统实时传送给监测监控系统，具有报警功能。传感器主要由感温元件、数据处理单元、显示单元、声光报警装置、信号输出单元等组成。传感器结构示意图如图 1 所示：连接至分站2134561JJF(陕)090202221、数据处理单元；2、固定杆；3、信号输出单元；4、显示单元；5、声光报警装置；6、感温元件。图1传感器结构示意图5计量特性5.1示值误差示值误差不超过2.5%F.S。5.2重复性重复性不大于最大允许误差绝对值的 1/2。5.3响应时间响应时间不大于 10 s（液体中）。5.4信号传输误差信号传输误差不超过2.5%F.S。5.5报警点偏差报警点显示值与设定值的差值应不超过最大允许误差的 1/2。5.6报警声级强度报警声级强度应不小于 80 dB(A)。5.7绝缘电阻传感器本安端与外壳之间，常态下，其绝缘电阻应不小于 50 M。注：以上指标不用于合格性判别，仅供参考。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度：（1535）；相对湿度：80%。6.1.2传感器周围应无影响其正常工作的外磁场干扰。6.2测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表 1。表1 测量标准及其他设备序号设备名称技术要求1恒温槽测量范围：（-20100），均匀性0.30，波动性0.10/10min2恒温箱测量范围：（0100），温场均匀性0.3，波动性0.1/10min3标准水银温度计测量范围：(-20100)，示值修正值允许范围：(0.150.20)4读数望远镜放大倍数5倍以上，可调水平2JJF(陕)090202235数字温度计测量范围：(-20100)，最大允许误差：0.056频率计测量范围：（010）kHz，分辨力：1 Hz，稳定度10-47数字多用表直流电流：（030）mA，直流电压：（030）V，最大允许误差：0.5%8直流稳压电源输出电压：（030）V，分辨力0.1 V，输出电流：（03）A，分辨力0.01 A，稳定度：1%92km模拟电缆负载直流电阻12.8/km，分布电容0.06 F/km，分布电感0.8 mH/km10秒表分辨力优于0.1 s11声级计A计权：（30130）dB，分辨力：0.1 dB，准确度等级：2级12绝缘电阻表额定电压：500 V，准确度等级：10级注：允许使用满足要求的其他测量标准器具。7校准项目和校准方法7.1校准前检查传感器应符合相关安全性规定，标识标志齐全；外壳无明显划痕和损伤，金属部件不应有锈蚀和变形，机械连接部分应牢固可靠，无松动现象；通电后显示屏和状态指示灯（标志）显示良好。7.2示值误差及重复性7.2.1传感器在校准环境条件下，预热时间不少于20 min。传感器进入正常工作状态后，根据传感器说明书要求完成自校。7.2.2传感器校准时，恒温槽（或恒温箱）的温度应控制在校准点附近，不应超过2，同时要求10min之内的变化不超过0.10，待稳定后，分别读取标准温度计和传感器示值(在校准过程中，感温元件切勿与金属物件，容器壁及容器底面接触)。当使用恒温槽作为温场时，感温元件在恒温槽中应有足够的插入深度，热平衡后继续增加插入深度1cm。如制造商另有规定，则按规定的插入深度进行校准。7.2.3校准点的选取校准点应均匀分布在整个测量范围上，不得少于5个点（其中包括测量上、下限）。有0 点的传感器一般应包括0 的校准点。7.2.4待传感器在测量范围的低温点稳定后，依次将恒温槽(或恒温箱)温场由低温到高温稳定在各校准温度点。待恒温槽(或恒温箱)内的温度稳定3 min后，记录标准温度计示值和传感器的显示值，重复测量3次，取其算术平均值与标准温度计实际值的差值，即为示值误差。7.2.5示值误差按公式（1）计算：t=tPtB（1）式中：t传感器的示值误差，；3JJF(陕)09020224tP传感器的示值平均值，；tB标准温度计的实际值，。若以标准水银温度计为标准器，则t=tP（tSd）（2）式中：tS标准水银温度计的示值，；d标准水银温度计的修正值，。7.2.6重复性传感器重复性测量与示值误差同时进行，各校准点3次测量示值的最大值与最小值之间的差值，即为传感器在该校准点的重复性，按公式（3）计算。tr=tmaxtmin（3）式中：tr传感器的重复性，；tmax传感器温度校准点 3 次测量示值的最大值，；tmin传感器温度校准点 3 次测量示值的最小值，。7.3响应时间将传感器的感温元件放入25 的液体中，待稳定后，记录传感器显示值，然后将感温元件放入5 的液体中，待稳定后，迅速将感温元件放入25 液体中，同时启动秒表，记录传感器的显示值达到原显示值的90%所需要的时间，重复测量3次，取其算术平均值，即为传感器响应时间。7.4信号传输误差按传感器说明书规定的电压为其供电，将2 km模拟电缆负载串接在传感器信号输出端，在仿真电路末端接上对应的信号测量设备。恒温槽（或恒温箱）温度由测量下限逐渐升至满量程，待各校准点温度稳定后，记录传感器示值xi，同时读取传感器输出信号，重复测量3次，计算出各点的示值平均值和输出信号平均值，按公式（4）将输出信号平均值换算成温度值，按公式（5）计算传感器的信号传输误差。传感器输出信号平均值对应的温度值为：00i0m0miGAAAAGGG（4）式中：Gi传感器输出信号平均值对应的温度值，；Gm传感器测量温度上限值，；G0传感器测量温度下限值，；4JJF(陕)09020225Am传感器测量上限对应的信号标称值，mA 或 Hz；A0传感器测量下限对应的信号标称值，mA 或 Hz；Ai传感器的输出信号平均值，mA 或 Hz。传感器的信号传输误差为：x=Gix（5）式中：x传感器的信号传输误差，；Gi传感器输出信号平均值对应的温度值，；x传感器的示值平均值，。7.5报警点偏差报警温度点设定在（2540）范围内的某个值（也可按客户要求选定），将传感器感温元件放入15 以下温场中，缓慢地升温，当传感器发出报警时读取示值。重复操作3次，取3次的平均值为传感器报警值。按公式（6）计算报警点偏差。A=AA（6）式中：A报警点偏差，；A报警设定值，；A报警平均值，。7.6报警声级强度报警声级强度用声级计（A计权）测量。环境噪音应不大于50 dB（A），将声级计置于传感器的报警声响器轴心正前方1m处，测量3次，取其平均值为报警声级强度。7.7绝缘电阻用绝缘电阻表测量传感器本安端与其外壳裸露金属件之间的电阻，绝缘电阻值应满足本规范5.7要求。8校准结果表达8.1校准结果处理经校准的传感器出具校准证书，校准证书应符合JJF 10712010中5.12的要求，并给出各校准项目名称和测量结果以及扩展不确定度。校准原始记录（参考）格式见附录A，校准证书内容及内页（参考）格式见附录B。8.2校准结果的不确定度传感器校准结果的不确定度按 JJF 1059.12012 的要求评定，校准结果不确定度评定示例见附录 C。5JJF(陕)090202269复校时间间隔建议矿用温度传感器复校时间间隔不超过 12 个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。6JJF(陕)09020227附录 A矿用温度传感器校准记录（推荐）格式记录编号：委托单位证书编号仪器名称型号规格测量范围分辨力输出信号出厂编号生产厂家校准依据校准地点校准环境温度:湿度:%RH测量标准测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号有效期至校准结果1.校准前检查2.示值误差和重复性标准值/测量次数123平均值/示值误差/重复性/传感器示值/传感器示值/传感器示值/传感器示值/传感器示值/3.响应时间测量次数123响应时间测量值/s响应时间/s4.信号传输误差校准点/测量次数123平均值输出信号值转换成温度值/信号传输误差/传感器示值/输出信号值/(mA 或 Hz）7JJF(陕)09020228传感器示值/输出信号值/(mA 或 Hz）传感器示值/输出信号值/(mA 或 Hz）传感器示值/输出信号值/(mA 或 Hz）传感器示值/输出信号值/(mA 或 Hz）5.报警点偏差（设定值：）测量次数123平均值显示值/报警点偏差/6.报警声级强度测量次数123平均值测量值/dB（A）报警声级强度/dB（A）7.绝缘电阻测量值/M绝缘电阻示值误差校准结果的扩展不确定度：U=（k=2）校准员：核验员：校准日期：年月日8JJF(陕)09020229附录 B校准证书内容及内页（参考）格式B.1校准证书应至少包括以下信息：a）标题：“校准证书”；b）实验室的名称和地址；c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）送校单位的名称；f)被校对象的描述和明确标识；g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；i)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k)校准环境的描述；l)校准结果及测量不确定度的说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o）校准结果仅对校准对象有效的声明；p）未经校准实验室书面批准，不得部分复制校准证书的声明。9JJF(陕)090202210B.2校准证书内页（参考）格式证书编号：XXXX-XXXX校准结果1.校准前检查2.示值误差、重复性及信号传输误差序号校准点/示值误差/重复性/信号传输误差/备注123453.响应时间/s4.报警点偏差/（报警设定值）5.报警声级强度/dB（A）6.绝缘电阻示值误差校准结果的扩展不确定度：U=（k=2）以下空白10JJF(陕)090202211附录 C矿用温度传感器示值误差的不确定度评定C.1概述C.1.1测量时环境条件：实验室温度为（20.030.0），相对湿度为（3070）%。C.1.2测量标准：使用测量范围为(0100)的标准水银温度计作为标准器。C.1.3被测对象：矿用温度传感器，测量范围为（0100），GWD100型，显示值的分辨力为0.1，最大允许误差为2.5%F.S。C.1.4测量方法：将传感器预热不少于20 min，传感器进入正常工作状态后，根据设备说明书要求完成自校。开启恒温槽，恒温槽温度由低逐渐升高，待温度稳定至校准点规定的温度值，依据本规范要求将标准水银温度计和传感器感温元件放置于恒温槽中，稳定3 min后，分别记录标准水银温度计和传感器示值，重复上述步骤 10 次。C.2测量模型C.2.1测量模型可用公式（C.1）表示：t=tP(tS+d)(C.1)式中：t矿用温度传感器的示值误差，；tP矿用温度传感器的示值，；ts标准水银温度计的示值，；d标准水银温度计的修正值，。C.2.2灵敏系数输入量tP的灵敏系数：P1ttc=1输入量ts的灵敏系数：s2ttc=1输入量d的灵敏系数：dtc3=1C.2.3不确定度来源C.2.3.1重复性测量引入的不确定度 u(tP1)；C.2.3.2传感器分辨力引入的不确定度 u(tP2)；C.2.3.3恒温槽温度波动性引入的不确定度 u(ts1)；C.2.3.4恒温槽温度均匀性引入的不确定度 u(ts2)；11JJF(陕)090202212C.2.3.5标准水银温度计示值估读引入的不确定度 u(ts3)；C.2.3.6标准水银温度计修正值引入的不确定度分量 u(td1)；C.2.3.7标准水银温度计在周期内不作零位修正引入的不确定度分量 u(td2)。C.3各不确定度分量来源分析C.3.1输入量 tP的标准不确定度 u(tP)的评定输入量 tP的标准不确定度 u(tP)主要考虑被测传感器的测量重复性引入的 u(tP1)和分辨力引入的 u(tP2)两个不确定度来源。C.3.1.1被测传感器的测量重复性引入的不确定度 u(tP1)，采用 A 类方法进行评定。在重复性条件下，在温度为 0.0、25.0、50.0、75.0 和100.0五个校准点上分别做10次重复性连续测量，示值误差单次测量值的实验标准偏差用贝塞尔公式计算，得到各个校准点上的重复性测量数据见表C.1。在实际测量中，取3次测量的算术平均值作为传感器在该校准点的测量结果，因此，被测传感器的测量重复性引入的不确定度为u(tP1)=s/3。由表C.1可知该传感器在50.0校准点的重复性最大，为0.11，在该校准点的u(tP1)=s/3=0.07。表C.1 重复性测量数据单位：（）次数校准点12345678910重复性0.00.00.00.10.00.10.10.00.10.10.10.0525.025.025.025.225.025.125.025.125.125.025.10.0750.050.150.250.050.250.050.250.050.250.250.30.1175.075.875.975.875.876.075.875.976.076.076.00.09100.099.999.8100.0100.099.899.9100.0100.099.9100.00.08C.3.1.2被测传感器分辨力引入的不确定度u(tP2)，根据传感器的使用说明书可知，分辨力为0.1，由被测传感器分辨力引入的不确定度u(tP2)采用B类方法进行评定。分辨力为0.1，则区间半宽度a=0.05，假设为均匀分布，即 k=3，则由传感器分辨力引入的不确定度u(tP2)=0.05/3=0.03。1-12nxxsnii12JJF(陕)090202213在不确定度评定中，比较由重复性引入的不确定度分量和由分辨力引入的不确定度分量，取两者中较大者作为输入量tP的标准不确定度，因此输入量tP的标准不确定度u(tP)=0.07。C.3.2输入量ts的标准不确定度u(ts)的评定输入量ts的标准不确定度u(ts)主要考虑恒温槽温度波动性引入的不确定度u(ts1)，恒温槽温度均匀性引入的不确定度u(ts2)和标准水银温度计示值估读引入的不确定度u(ts3)。C.3.2.1恒温槽温度波动性引入的不确定度u(ts1)，采用 B 类方法进行评定。在(0100)时，恒温槽的温度波动性不超过0.10/10min，区间半宽为0.05，按均匀分布处理，包含因子k=3，则u(ts1)=0.05/3=0.03。C.3.2.2恒温槽温度均匀性引入的不确定度u(ts2)，采用 B 类方法进行评定。在(0100)时，恒温槽的温度均匀性不超过0.20，区间半宽为0.10，按均匀分布处理，包含因子k=3，则u(ts2)=0.10/3=0.06。C.3.2.3标准水银温度计示值估读引入的不确定度u(ts3)，采用 B 类方法进行评定。标准水银温度计示值应估读到分度值的1/10，即0.01，区间半宽为0.005，按均匀分布处理，包含因子k=3，则u(ts3)=0.005/3=0.003，因为数值很小，u(ts3)可以忽略不计。C.3.3输入量d的标准不确定度u(td)的评定输入量d的标准不确定度u(td)主要考虑标准水银温度计修正值引入的不确定度分量u(td1)和标准水银温度计在周期内不作零位修正引入的不确定度分量u(td2)。C.3.3.1标准水银温度计修正值引入的不确定度分量u(td1)，采用 B 类方法进行评定。由标准水银温度计的不确定度分析报告可知，(0100)时，标准水银温度计示值修正值的扩展不确定度为U=0.04（k=2），则u(td1)=0.04/2=0.02。C.3.3.2标准水银温度计在周期内不作零位修正引入的不确定度分量u(td2)，采用B类方法进行评定。标准水银温度计在周期内不作零位修正所引入的误差不超过0.06，按均匀分布处理，包含因子k=3，则u(td2)=0.06/3=0.04。C.4合成标准不确定度的计算C.4.1标准不确定度分量一览表见表 C.2C.4.2合成标准不确定度计算13JJF(陕)090202214示值误差测量时，输入量各标准不确定度分量间不相关，则合成标准不确定度按公式（C.2）计算：2d232s222P21tuctuctucuc110d22d1223s22s12222P21.tutuctutuctuc(C.2)表 C.2标准不确定度分量一览表不确定度来源u(xi)标准不确定度灵敏系数 ci|ci|u(xi)输入量tP的标准不确定度u(tP)0.07 10.07 重复性测量引入u(tP1)0.07/传感器分辨力引入u(tP2)0.03/输入量ts的标准不确定度u(ts)0.07-10.07 恒温槽温度波动性引入u(ts1)0.03/恒温槽温度均匀性引入u(ts2)0.06/标准水银温度计示值估读引入u(ts3)0.003/输入量d的标准不确定度u(td)0.05-10.05 标准水银温度计修正值引入u(td1)0.02/标准水银温度计在周期内不作零位修正引入u(td2)0.04/C.5扩展不确定度的确定取包含因子 k=2，则各校准点示值误差的扩展不确定度按公式（C.3）计算U=kuc(C.3)将uc=0.11，代入公式（C.3），可得：U=kuc=20.11=0.22。因此，对于测量范围为（0100），分辨力为 0.1 的 GWD100 型矿用温度传感器示值误差校准结果的不确定度为：U=0.22，k=2。14工本费:30 元JJF（陕）090-2022JJF（陕）090-2022