浅谈矿用温度传感器检定注意事项与不确定分析

樊勇

摘 要：矿用温度传感器应用范围日益广泛，但使用环境非常恶劣，怎样准确计量给我们的检定人员提出了严格的要求。使用、服务单位开展此类计量器具的检定，提供了依据，确保温度传感器量值准确可靠，为安全生产提供重要计量支撑。同时，规程实施也将有效提高政府监管的能力与服务的有效性。本文从地方检定规程的技术角度阐述了温度传感器在检定上要注意的内容，探讨了大家容易忽略的问题，同时对结果进行了不确定度的评定示范。

1矿用温度传感器概述

型矿用温度传感器为本质安全型（电气设备的一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。）仪器，适用于煤矿井下具有煤尘、瓦斯爆炸危险场所，主要用于测量煤矿井下的环境温度，以便及时发现火灾隐患，也可以对电机、皮带机、滚筒或其它部位进行超温监测。该产品结构设计合理、检测准确、性能稳定、安装维护方便。

测温敏感元件采用HP35H线性温度传感器，它是采用美国NS芯片设计的线性正温度系数（简称PTC）温度传感器，其输出电压变化量与温度成线性关系，并按+10mV/℃与摄氏温度一一对应，可采用单电源工作，使用极为方便。

2 温度传感器出现故障的判断

2.1 经常遇到的故障情况

有时所有的温度传感器数据都异常或发生跳变，或者气温与地面温度、地面与浅层、深层地温直接的示数变化不太合理。比如夏季晴朗的中午气温与地面温度接近，或者地面与浅层、深层地温没有依次明显递减等。

疏松地温场容易造成地温数据异常，一是因为地温场疏松后土质松软造成地面和5cm地温传感器示数接近，二是在疏松地温场的过程中容易碰到传感器造成数据跳变明显。

地温经常出现的故障是一路地温或全部温度出现问题：地温值出现不连续的跳变；地温值偏低或偏高；地温值均为-24.6℃或维持某值长期不变。

2.2 影响的原因及排查要点

各种温度传感器数据都异常，切与电缆长度有关时，可能是多路温度切换板上的防雷管被击穿短路，更换后就回复正常。

地温明显偏高，可能是地温传感器与QL150接触不良，或者线路受损。地温明显偏小，可能是电缆被鼠咬而引起一定程度短路问题。

固定不变的解决步骤：判断传感器是否损坏；检查信号电缆开路；测量外转接盒内CD4067BF是否损坏。跳变不稳定的解决步骤：检查地温传感器密封情况，可能是进水的原因。所有温度不正常的解决步骤：检测外转接盒内CD4067BF是否损坏；测量采集器数字板上7209A/D芯片损坏。

某一支温度传感器示值异常：可以把传感器取出，和干湿球温度表一起泡在水里，再进行读数对比，如果相近说明传感器正常；或把异常的传感器接到正常的线路上，看温度值是否正常，不正常是传感器的问题，正常是线路问题。

3.3 传感器的定义及矿用传感器的主要技术指标

3.3.1 传感器的定义：什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为：①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类[4]。矿用传感器的使用环境是决定了该型传感器的特殊性，主要是因为大部分矿用模拟传感器既需要防爆，又需要计量，受不同标准约束，生产成本相对较高。矿用传感器需采用高稳定性、长寿命的敏感元件、在整机硬件、软件的设计中，采取多种干扰措施，满足国家相关标准规定的电磁兼容要求。具有性能稳定、测量精确、响应速度快、抗冲击能力强、遥控调校、断电控制、结构坚固、易使用、易维护、易更换、体积小、重量轻等特点。

3.3.2 矿用传感器主要技术指标如下：①工作电压：

9―24V。②测量范围：根据不同传感器种类量程做出相应指标。③测量精度：根据不同传感器种类量程做出相应指标。④元件反应时间：根据不同传感器种类做出相应符合相关国家要求并满足该指标。⑤调校周期：不同传感器的要求不同。⑥使用寿命：基本在一年以上。⑦采样方式：不同传感器的要求不同。⑧最大传输距离：2km。⑨输出信号：200―1000hz、1―5mADC、4―20mADC。⑩防爆型式：Exibd I矿用本安或Exibd I矿用本安兼隔爆型。

4 、数字式矿用温度传感器测量不确定度的评定

被检表选用安徽三正电气有限责任公司生产的矿用温度传感器，分辨力为0.1℃；基本 误差≤±2.5%（F.S）。 以检定示值20℃为例来讨论。

4.1 標准温度计引入的标准不确定度分量

1 标准温度计估读误差引入的标准不确定度

标准温度计的分度值为0.1℃，读数分辨力为其分度值的1/10，即0.01℃，不确定度区间半宽为0.01℃，服从均匀分布，故 0.006℃

2 标准温度计读数视线不垂直引入的标准不确定度

标准温度计因视线不垂直的读数误差范围为±0.01℃，不确定度区间半宽为0.01℃，服从反正弦分布，故 0.007℃

3 恒温槽温场不均匀引入的标准不确定度

标准温度计与被检表的感温元件处在同一水平，故只需考虑恒温槽的水平温度均匀性。LT-95型恒温槽的水平最大温差均为≤0.01℃，则不确定度区间半宽为0.005℃，按均匀分布处理。故 0.003℃

4 恒温槽温度波动不均匀引入的标准不确定度

LT-95型恒温槽的温度波动度≤±0.01℃/30min，不确定度区间半宽为0.01℃，服从均匀分布，故 0.006℃

因为 、 、 、 互不相关，故

0.011℃

结束语

本文设计的温度传感器已通过国家检测中心各项检验，并取得安标证，由于该传感器具有测量精度高、稳定可靠，抗干扰能力强等特点，目前已经在煤矿安全监测监控系统和非煤矿山安全监测监控系统中得到大量应用。

参考文献：

[1] 李建新，李聚春.由LM331构成单片机F/V精密数据采集电路[J].湖北教育学院学报，2007，24（8）：50-52.

[2] 张富景，叶家玮.F/V转换器在船模试验水池拖车控制系统中的应用[J].现代电子技术，2008，（7）：131-1