【国家计量标准(JJ)】 温度传感器动态响应校准

中华人民共和国国家计量技术规范JJF1049-1995
温度传感器动态响应校准
Calibration of Temperature Sensor'sDynamicResponse
1995-11-07发布
1996-06-01实施
国家技术监督局发布
JJF1049—1995
温度传感器动态响应
校准规范
CalibrationSpecificationofTemperatureSensor'sDynamic Response
JJF1049-1995
本校准规范经国家技术监督局于1995年11月07日批准，并自1996年06月01日起施行。
归口单位：
航空工业总公司第304研究所
起草单位：
航空工业总公司第304研究所
上海工业自动化仪表研究所
本规范技术条文由起草单位负责解释本规范主要起草人：
吴淑媛
赵时安
参加起草人：
史新昌
朱德忠
李尚礼
JJF10491995
（航空工业总公司第304研究所）（上海工业自动化仪表研究所）（航空工业总公司第304研究所）（航空工业总公司第304研究所）（清华大学）
（航空工业总公司171厂）
技术要求
校准条件
校准项目和校准方法
校准结果处理和校准间隔
附录1
附录2
附录3
附录4
附录5
附录6
附录7
水流环境校准装置示意图
JJF10491995免费标准bzxz.net
低速气流环境校准装置示意图
热校准风洞示意图
常温校准风洞示意图
水流或低速气流环境校准热响应时间记录格式
水流或低速气流环境校准热响应时间校准证书背面格式
高速气流环境校准时间常数
记录格式
附录8
高速气流环境校准时间常数
校准证书背面格式
JJF1049-1995
温度传感器动态响应校准规范
本校准规范适用于测量流体温度的接触式温度传感器的动态响应特性校准工作。温度传感器主要包括热电阻和热电偶。温度范围由室温～1700℃，流体速度范围由0.4m/s马赫数Ma=0.05～0.95。
一概述
流体温度的测试，绝大多数采用接触式温度传感器。只有接触式温度传感器与测试环境达到热平衡后，传感器反映的温度值才是所需测试流体温度。温度传感器在测量变化较快的流体温度时，一般不能立刻反映被测温度，需要一定时间后才能达到热平衡状态。传感器的动态响应特性是指温度传感器的温度与被测介质温度增量之间的关系，一般用微分方程或传递函数的形式表示。在实际校准中，我们常用温度传感器对阶跃温度的响应来描述其动态响应特性，动态响应特性的特征参数主要有热响应时间（ThermalResponseTime）和时间常数（TimeConstant）。热响应时间是指环境温度出现阶跃变化时，温度传感器的输出温度变化到相当于该环境温度阶跃量的某个规定百分数时所需要的时间，记为××。达到阶跃温度量的10%，50%和90%所需要的时间分别记为To.1，To.5，To.9，对于按一阶传递函数处理的温度传感器，达到阶跃温度量的63.2%所需要的时间称为时间常数，记为。传感器的热响应时间或时间常数不但与传感器本身的材料、构造有关，而且与被测流体、使用和校准工况都有关系。温度传感器动态校准，即传感器响应时间校准过程主要包括：产生稳定的校准工况（稳定的速度场、温度场）；使温度传感器接受温度阶跃激励；由测试系统采集被校传感器对阶跃的响应信号，计算出热响应时间或时间常数。二技术要求
1对送校温度传感器的要求
1.1温度传感器有条件应首先经过静态标定，或给出传感器敏感元件的分度号（或表)。
1.2某些专用传感器要给出接线图、提供信号变送器及使用说明书。1.3被校温度传感器的热响应时间或时间常数，应在规定的校准条件下，符合送校单位在使用说明中提供的数值要求。1
2产生稳定的校准环境条件
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三校准条件
校准环境主要指具有稳定的流场、温场的水流或气流环境。2.1水流校准环境条件（水流校准装置见附录1）一般情况下，水流加热到高于环境温度。在30min内，水流温度的稳定度优于温度阶跃量的土1.0%。
水流速度在被校温度传感器插人方向均度优于10%，测量位置水流速度为(0.4±0.05)m/s
水流流道宽度不小于被校传感器直径的10倍。2.2气流校准环境条件
2.2.1对于低速气流（v≤4.5m/s），要求校准装置（见附录2）的气流速度稳定度在10min内优于±5%，流道中心80%截面内，速度的均匀度优于土5%。温度均匀度优于温度阶跃量的1%。
气流流道宽度不小于被校传感器直径的10倍。2.2.2对于高速气流，通常采用风洞形式的设备产生（见附录3、附录4）。风洞校准段截面上要求速度、温度均匀，脉动小。温度均匀度要求：40%中心截面内优宇总温的土5%10%中心截面内优于总温的土1%
核心温度脉动要求：气流总温小于1000℃时，温度脉动优于土0.5℃，气流总温大于1000℃时，温度脉动优于总温的±1.0%。校准段的横截面积不小于被校传感器阻塞面积的10倍。试验段气流马赫数Ma，控制偏差△M为土0.005，气流总温控制偏差△t，当气流总温小于1000℃时，△t为±10℃，总温大于1000℃时，△t为±20℃。3温度阶跃系统
温度阶跃系统是为了给被校传感器提供一个定量的温度突变。按照校准工况所规定的温度阶跃量，给温度传感器加温度阶跌。产生温度阶跌所需的时间，应小于被校准传感器时间常数或0.5的10%，校准结果才有效。4采集测试控制系统
主要包括整个校准设备各种监控传感器、信号传输线路、信号转换、采集、存储、处理和控制等软硬设备。
4.1采集响应特性曲线，可采用数字示波器、配置高速模数转换器的计算机或高速采样数字电压表等。记录仪表自身的响应时间应小于待校准温度传感器时间常数的10%，时间分辨力应优于待校准温度传感器时间常数的1%；输出信号放大器自身响应时间，不应超过待校准温度传感器时间常数的1%，并且放大倍数连续可调。5几种常见气流温度传感器校准工况规定2
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温度传感器种类很多，使用情况各异。为了对同类传感器动态特性能直观地进行比较，建议首先要在如表1、表2规定的工况下做出一组校准结果。除此之外，用户也可根据自已的使用要求，选择其它校准工况。表1按照传感器使用温度区域规定校准温度传感器
使用温度
校准温度
室温～400
室温或200±10
4001000
室温或600±20
10001700
1400±50
表2按照传感器使用环境中流速（马赫数Ma）范围规定校准流速使用流速
校准流速
小于30m/s
Ma=0.05~0.3
Ma=0.3~0.6
Ma=0.60.95
温度阶跃量的大小对校准结果有影响，规定温度阶跃量在常温时为10～50，在200℃环境时为（100±20)℃，600℃，1400℃环境时为（200±20℃（在校准报告中要注明是正或负温度阶跃）。四校准项目和校准方法
6校准项目主要是热响应时间To.1，to.5，7o.9和时间常数。7水流环境中温度传感器动态响应校准方法7.1将温度传感器放人试验架。
7.2将水盛满圆柱形容器中，启动加热器加热水温，同时启动搅拌器，使水流旋转。7.3待容器内水的温度稳定后，启动操作按钮，并将温度传感器投入水容器中，同时启动记录时间的仪表。对于热电偶传感器，温度阶跃量为40～50℃：对于热电阻传感器，温度阶跃量应小于10℃。测量结束后，将温度传感器从水中提出，恢复到初始状态。
7.4重复7.3条操作，连续测量三次。三次的测量值与三次的平均值的偏差不得大于10%，否则再重复操作，直至满足要求。8低速气流环境中温度传感器动态响应校准方法8.1根据校准要求，选择合适丝径的热栅框架，装入试验段导槽内，将电源线接好。8.2被校温度传感器装入试验段内，按规定调整好气流速度。8.3调整温度阶跃量在10～20℃之间。8.4记录被校温度传感器初始温度，启动热栅加热气流，同时启动记录时间的仪表，3
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记录被校温度传感器的温度与时间的变化关系，测量结束后，关闭热栅，恢复初始状态。
8.5重复8.4条操作，连续测量三次。其他要求同7.4条。9高速气流环境中温度传感器动态响应校准方法9.1在校准传感器工作前，对主要的监控传感器要进行现场标定。9.2根据校准要求，选择合适校准风洞。9.3按校准要求将被校温度传感器固定在试验段的安装座上。9.4开启并调节风洞系统，使校准试验段的气流速度和气流总温达到要求值。9.5用温度阶跃装置改变被校传感器温度，调整到所需的温度阶跃量，记录初始状态（气流总压、静压、大气压、总温，被校传感器温度）。启动温度阶跃装置，使被校传感器处于稳定的风洞流场中，产生温度突变，同时启动数据采集装置，记录被校温度传感器的温度与时间之间的变化关系，采集记录的时间应在t0.5或的10倍以上。完成温度响应记录后，再记录一次终止状态。9.6同一种状态按9.5条操作方法重复1～2次。五校准结果处理和校准间隔
10高速气流环境中校准的数据处理气流速度V。
=/2(po-p)/o
式中：0
空气密度，kg/m3；
po—气流总压，Pa;
p—气流静压，Pa。
10.2气流马赫数Ma
Ma =u/c
Ma =/[(po/)-1]
式中：c气体中音速，m/s；
k-气体绝热指数。k=1.4（空气），k=1.33（燃气）。10.3质量流速G
G=Ma·p/k/RT
气体常数，J/（kg·K)；
式中：R
T—气流静温，K。
10.4气流总温To、气流静温T
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To= to+273.15
10.5热响应时间或时间常数
(1 + _1Ma2)
阶跃的初始与终止温度均由被校温度传感器读出，终止温度取10倍时间常数后的测量值。
由采集的温度一时间响应曲线，经数字滤波光滑处理后，可直接用作图法算出热响应时间或时间常数值。也可由多次采集的温度一时间响应曲线，对不同的传感器建立相应的合理数学模型及计算软件，计算出热响应时间或时间常数。11校准结果以校准证书或校准报告的形式给出，有效位数为二位。12温度传感器动态响应特性的校准间隔一般不超过2年。复校准时，可只做部分特性点的重复性校准。
附录1
加热器
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水流环境校准装置示意图
接变速装置
旋转容器
附录2
附录3
电动机
JJF1049-—1995
低速气流环境校准装置示意图
夹紧装置
溢度计
可加热
金属线栅
金星网筛
热校准风洞示意图
转换开关
被校传感器
稳定段收缩段试验段
气流方向
总温：
传感器
测温偶
总压感头
压力传感器
工数字式电压表
温度响应
记录仪
压力传感器
包罩机构
一扩散段
人气压力计
空压机
数采系统
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