温度校准仪校准及探讨

　　温度校准仪的国家校准规范[1]( 以下简称 《规范》) 已发布实施，但不同校准仪的性能差别可能很大，使得实际校准难以完全按照 《规范》进行，有些问题仍值得探讨，例如:

　　( 1) 对模拟 ( 热) 电阻校准必须同时考虑到激励电流大小和方向的影响;

　　( 2) 如何对 0. 01 级以上高精度校准仪电阻测量档校准;

　　( 3) 参考端温度补偿误差对热电偶输入和输出的整体影响及热电偶档的校准问题。本文对这些问题进行分析，并提出校准方法。

　　1 模拟 (热) 电阻

　　1. 1 实现原理

　　校准仪的输出模拟 ( 热) 电阻 ( 又称仿真电阻)其实并不是实物电阻，它是在外部激励电流[2]( 或电压[3]) 驱动下，根据欧姆定律，自动调节输出端的电压值 ( 或电流值) 来模拟电阻的。图 1 是基于外部激励电流驱动的一个模拟电阻原理图。

　　假设要模拟输出的电阻值为 R，从被测温度表流入到校准仪的激励电流为 I，由图 1 可见，由于运放A1的虚地特性，电流 I 全部流过标准电阻 Rs，转换为数模转换器 DAC 的参考电压 Vref，Vref= IRs，而数模转换器的输出电压 V1和 Vref成正比，假设从 DAC 到驱动级输出端的传递系数为 k、送到 DAC 的数据为 D，则校准仪的输出电压为 Vo= kVrefD = kIRsD，这样从外部看来，校准仪等效为一个电阻: R = Vo/ I = ( kRs) D，其中 ( kRs) 是仪表校正后的一个常数，即如果要输出的模拟电阻为 R，则只要使送到 DAC 的数据等于 D= R / ( kRs) 就可以了。

　　可见，模拟电阻值和外部激励电流有密切的关系。激励电流太大或太小，可能会使 DAC 参考电压超过允许的有效范围; 如果激励电流不稳定、快速变化、采用交流电或脉冲激励，则模拟电阻就会产生动态响应误差，甚至不能正常工作。故能否用模拟电阻作为标准器应慎重考虑[4]。

　　由于热电阻温度仪表并没有统一的设计标准，不同厂家和型号的仪表激励电流大小差别很大，可达一个数量级。实测各类配 Pt1000 的仪表激励电流大约为( 0. 05 ～0. 5) mA、配 Pt100 的为 ( 0. 2 ～ 2) mA、量程较小的老式动圈表和自动平衡电桥甚至可达 6mA。

　　同样，激励电流方向也没有 ( 或无法) 统一规定，如果接线使得激励电流反向，则要求模拟电阻输出端的电压极性不仅要随着反向，而且其幅度也应保持不变，即要求校准仪的模拟电阻输出电路正负极性要完全对称，但实际上很难做到。

　　因此，模拟电阻的模拟效果必然受到激励电流大小和方向的影响。

　　1. 2 模拟电阻的校准方法

　　如果有激励电流可设置的电阻测量仪，如 FLUKE1590 超级电阻测温仪 ( 电桥) ，则用其校准模拟电阻就很简便，此不赘述。