對JJG229——2010檢定規程及相關問題的分析與修改建議

摘要：依據相關計量法規、技術規范以及多篇研究報告的結果，探討JJG 229-2010檢定規程存在的問題。對規程在計量法制管理方面的符合性、標準裝置配置的經濟合理性、標準器具的穩定性、檢定方法以及檢定結果的不確定度等問題進行分析。并在檢定方法、設備配置、標準器具的選擇、結果的準確性和可靠性的提高、標準裝置的期間核查等方面提出規程的修改建議。

關鍵詞：工業鉑熱電阻；檢定；標準鉑電阻；計量法規；電測儀器；水三相點；不確定度

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2015）03-0014-04

0 引言

檢定規程JJG 229-2010《工業鉑、銅熱電阻》（以下簡稱“規程”）的發布，使我國熱電阻的允差等級水平與國際標準保持一致，評判指標與國際上做到了有效接軌。規程的實施對建標單位和使用人員規定了標準器與配套設備的選用原則，規范了統一的檢定方法和數據處理方法，這對保持全國工業熱電阻溫度量值的一致有重要意義。

規程進一步強化了原規程在設備和檢定方法方面的要求：如在規程7.3.4.3的注中要求“檢定AA級熱電阻時，Rtp的電阻值必須在三相點瓶中用電測儀器重新測量，有利于改善測量不確定度（檢定A級熱電阻時如果使用0.02級的測量儀器，必須重測R；p才能滿足測量不確定度的要求）。檢定其他等級的熱電阻時如果對該電阻值（R_tp^*）沒有異議，可直接從標準鉑電阻的檢定證書中獲得”；規程主起草人在規程的宣貫專著中進一步解釋用重測R_tp^*的值可以降低對電測設備的要求。

然而，規程的起草單位在規程的宣貫和宣傳中另有解釋，美國福祿克公司在《上海計量測試》發文稱“如果要檢定A和AA級工業鉑熱電阻，必需配備水三相點，用來實測二等鉑電阻的水三相點值，這樣才能檢定AA和A級鉑熱電阻。實測的水三相點值要參與接下來的誤差計算。因此如果沒有水三相點設備（包括測量儀表）的計量單位，今后就不能檢定AA級和A級工業鉑熱電阻了，或者說不能建標檢定AA和A級”，“由于規程要求實測二等鉑電阻標準器的水三相點值，因此對電測儀器的準確度要比以前高得多”；并在《中國計量》發文稱“用戶現在有幾種選擇：1）更換整個系統，2）更換鉑電阻檢定部分，3）降低A級鉑電阻至B級，今后不再使用A級以上的鉑電阻，這樣就無需升級測溫儀以及增加水三相點”，“根據新規程規定，目前市場上所有的六位半數字表，包括七位半數字表，其電阻測量的準確度都不能滿足新規程關于AA級和A級鉑熱電阻檢定的要求。因此用戶只能重新考慮測溫儀表”；“除非更換八位半數字多用電表，其代價是接近十萬人民幣的價格或者更高，此外沒有其他選擇”，甚至建議電測設備更換30余萬人民幣的超級測溫電橋。更有檢定時必須重測標準器的水三相點值R_tp^*的原因是“每年送檢的二等標準鉑電阻有30%-60%比例超差！”的說法。

規程起草單位間對規程中關鍵技術要點的不同解釋和宣傳，讓溫度計量領域的許多檢定校準人員在該規程的理解和使用時感到困惑。幾年前遼寧院、長城所、黑龍江院的專家就原規程指出的問題依然存在，考慮到規程涉及各級專業計量檢測機構、企事業單位等眾多建標單位，這不僅關乎到標準裝置的建標成本也關系到各行各業使用的工業鉑熱電阻溫度量值是否更準確可靠，所以有必要對規程及相關問題進行探討。

1 規程及相關問題的分析

1.1 計量法規的符合性

計量是經濟建設、科技進步和社會發展的一項重要技術基礎。計量檢定是檢定人員使用計量標準對新制造的、使用中的、修理后的計量器具依據規程進行一系列操作，以判斷其準確度等計量特性是否符合法定要求。

計量檢定活動必須受到國家法律法規的約束，JJF 1002《國家計量檢定規程編寫規則》的歷次版本都規定“規程應做到——符合國家有關法律、法規的規定”。按《計量法》第六、七、八條規定，社會公用計量標準和部門、企事業單位建立的各項最高計量標準（裝置），都要依法考核合格，才有資格進行量值傳遞。這是保障全國量值準確一致的必要手段。

《計量法》第九條明確規定：“縣級以上人民政府計量行政部門對社會公用計量標準器具、部門和企事業單位使用的最高計量標準器具，……，實行強制檢定。未按規定申請檢定或者檢定不合格的，不得使用””。強制檢定具有法制性，其對象是法制管理范圍內的計量器具。

《計量法》第十條還規定：“計量檢定必須按照國家計量檢定系統表進行”。

規程中檢定工業熱電阻所使用的二等標準鉑電阻溫度計，除了部分省市級以上專業技術機構建有檢定該標準器的一等標準裝置，絕大部分專業技術機構及企事業單位基本沒有可檢定二等標準鉑電阻溫度計的標準裝置。因此，目前國內建立的二等標準鉑電阻溫度計標準裝置不是社會公用計量標準就是大量企事業單位建立的最高計量標準，其使用的計量標準器是屬于法制管理范圍內必須實行強制檢定的計量器具。

規程規定在檢定AA、A級熱電阻時，已送上級計量技術機構檢定合格的標準器必須在三相點瓶中用電測儀器重新測量R_tp^*值，用自己測的值給標準器賦值進行量值傳遞，該規定至少有以下5點不妥：

l）超出了政府計量行政部門依法考核核準該項標準裝置可以開展量值傳遞的計量器具的范圍（有違《計量法》第六、七、八條的規定）。

2）雖然標準器已按要求送上級檢定合格，但是不采用上級的檢定數據，自行給標準器賦值也不符合強制檢定的要求（有違《計量法》第九條的規定）。強制檢定必須保證由一個不間斷的傳遞鏈保證傳遞到下一級計量器具量值的準確可靠，采用自行賦值的辦法等同斬斷了法定的量值傳遞鏈，不能保證量值的準確可靠。

3）自行給標準器賦值方法有違《計量法》第十條的規定，不符合國家計量檢定系統表規定的，計量器具的量值賦值是由上一級標準裝置完成的。

4）使用該規程的檢定人員絕大部分不具有檢定校準二等標準鉑電阻溫度計的資質能力，超越人員資質能力范圍自行給標準器校準賦值再進行量值傳遞是不可取的，同時也是違法違規的。

5）規程規定檢定工業鉑熱電阻時先給標準器自行賦值（重新測量R_tp^*值）后即開始量傳檢定，讓檢定人員憑自測標準器的一個臨時記錄數據，而沒有形成證書報告并完成審核、批準、蓋章的法定程序就擅自進行量值傳遞；這種做法既不符合檢定印、證管理辦法的規定，同時也會與大多數建標單位已建立的質量管理體系文件相矛盾。

至于規程規定“檢定其他等級的熱電阻時如果對該電阻值（R_tp^*）沒有異議，可直接從標準鉑電阻的檢定證書中獲得”，換種說法就是，只要對標準的R_tp^*值有異議就可以用自己重測R_tp^*值的辦法進行量值傳遞。對于已確認的標準和測量設備的量值產生懷疑時相關規范也有規定：將該設備撤離使用現場（或隔離）并加以明顯的標識或標記，并按質量管理文件規定程序上報，根據規定程序驗證其量值的準確性。這類設備在消除異議（或不合格）并重新確認合格之前，不能返回現場使用。若繼續使用要承擔《計量法》第二十六、二十七條規定的法律責任。因為懷疑標準失準就自行對標準進行檢定校準賦值并開展量傳同樣也是不符合前面所列法制管理的相關規定的。

1.2 標準裝置的經濟合理性

《國家計量檢定規程編寫規則》的歷次版本都規定“規程應做到——各項要求科學合理，并考慮操作的可行性及實施的經濟性”。規程規定檢定工業鉑熱電阻的標準裝置必須配置水三相點瓶及其保溫裝置。在溫標復現和各等級標準鉑電阻溫度計的分度檢定時都得使用水三相點瓶及其保溫裝置，但是在該規程中作為必配設備使標準裝置的經濟成本過高，配備一套水三相點瓶及其保溫裝置的投資成本可能在六七萬到十多萬元（不同公司產品）。如果再按照規程起草單位宣傳的配備電測設備，建立標準裝置的設備投入成本就可能成倍地增加，這對于大多數建標單位來說是筆不小的投入，使許多單位難于達到建標要求。

1.3 檢定工作的效率和人工成本

對檢定規程的另一個基本要求是：在技術成熟、可操作性前提下，應是最簡單、最快捷、最高效的檢定方法。規程規定檢定工業鉑熱電阻時要重測標準鉑電阻溫度計的Rtp值，該值的測定必須凍制水三相點。完成一個最低水平的水三相點瓶的凍制至少花費2-3h乃至半天的時間，這占用了檢定工作的大部分時間，使完成同樣樣品的檢定工作時間延長，這不僅使檢定工作效率降低，同時也占用了過多的人工成本。

1.4 標準器的準確性和穩定性問題

標準器在任何標準裝置中都具有重要地位，它的特性不僅決定標準裝置量值的準確性，還對標準裝置的設備配置及檢定或校準方法有著決定性的影響。該規程的歷次版本都規定標準裝置配備水三相點瓶及其保溫裝置，并要求檢定工業鉑熱電阻時自行重測標準鉑電阻的水三相值（R_tp^*），用自行給標準賦值的方法開展量值傳遞。這種規定一是為了減小檢定結果的不確定度，進一步提高溫度量值傳遞的準確性和可靠性；另一個重要原因就是懷疑標準鉑電阻溫度計的準確性和穩定性。這種沒有大量可靠實驗數據和統計結果作支撐的質疑體現在規程的歷次版本中，致使二等標準鉑電阻溫度計在檢測人員心中造成一個不穩的印象。這方面新版規程在規定和宣傳上比以前版本有所加強。

但是，六十多年來，我國早已建立了比較完善的計量基標準及量值傳遞系統和計量法律法規體系。我國溫度計量標準器標準鉑電阻溫度計的量值傳遞鏈是準確可靠的，標準鉑電阻溫度計從制作工藝到分度復現水平都處于國際先進水平，ITS-90國際溫標中標準鉑電阻溫度計的參考函數就是一個有力證明。

有關二等標準鉑電阻溫度計量值準確度水平用于工業鉑熱電阻檢定如何呢？

我國工業溫度計量領域的資深專家張繼培教授多年前就說過：“石英保護管的長桿型標準鉑電阻溫度計雖然是實現和傳遞溫標的標準儀器，……，它的精確度太高，常常比被校溫度計（如工業鉑熱電阻）高出幾十倍至上百倍，超出傳遞鏈的要求，這是不合理的”，他認為不是準確度不夠，是準確度余度太大。

87、98版規程主要起草人宋年蘭老師多年前也發表文章說過：“從我40余年的工作經驗可以知道，標準鉑電阻溫度計如果不長期在高溫使用，而一直在100℃左右使用，只要它不破碎，它的等級一般不會變（當然，要遵守鉑電阻溫度計的使用注意事項），相對還是比較經濟的”，她也認為標準鉑電阻溫度計是穩定的。

多年來，中國測試技術研究院溫度實驗室每年檢定的二次送檢（周檢）標準鉑電阻溫度計（絕大部分是國內生產的，國外的非標、精密溫度計除外）有200余支，2010、2011、2012、2013、2014年的統計結果表明，歷年二次送檢的標準鉑電阻溫度計合格率都超過90%，這個數據從實驗室的檢定記錄和院證書管理系統的證書備份中可查到，是可靠的。標準鉑電阻溫度計周檢的量值可靠性R>90%.這個可靠性（合格率）也符合我國頒布的相關規范對計量器具的測量可靠性目標R≥90%的要求。

根據相關規程的允差指標要求，把0℃點附近二等標準鉑電阻溫度計與被檢工業熱電阻Ptl00的允差值與其比值列于表1。在工業熱電阻Ptl00允差規定最小的溫度點，二等標準鉑電阻在其附近（水三相點）的允差是被檢允差的1/60-1/10，可見標準器的準確度余量是非常大的。

以上數據說明，標準鉑電阻溫度計的量值是準確穩定的，標準溫度計量器具的量值傳遞鏈是可靠的，可以滿足工業鉑熱電阻檢定校準的需要。

1.5 檢定結果的準確性和可靠性

評價工作用計量器具檢定規程規定的檢定方法，一個最重要的指標是在經濟合理基礎上檢定結果是否更準確可靠。從前面的分析可以看出，規程規定的重測標準鉑電阻溫度計R_tp^*值的方法，需付出有違法制管理、標準裝置費用高、工作效率低、人工成本增加、損失了溫度量傳體系的能力等代價，如果換來工業鉑熱電阻檢定結果更準確、可信度更高（比同樣條件下，標準用上級證書值），那或許是一種實用的方法。

文獻[21-22]分別就不同檢定方法對工業鉑熱電阻檢定結果的不確定度影響和對檢定結果貢獻的誤差大小進行了分析。表2是兩種檢定方法的不確定度比較，可以看出自測標準R_tp^*值比用上級證書值的檢定結果不確定度大得多（詳見文獻[21]）；兩種檢定方法在檢定結果中貢獻的誤差比較，也可以看出自測標準Rtp值比用上級證書值貢獻的誤差也大得多。

從分析結果可以看出，在規程給定的條件下，自測標準R_tp^*值方法檢定結果的準確性與可信度都低于用上級證書值的檢定方法。

2 規程的修改建議

為了規程的實施更經濟合理，工業熱電阻檢定校準結果的量值更加準確可靠，對規程提出以下3點修改建議：

2.1 水三相點

在規程的設備配置要求中刪除配備水三相點瓶及保溫設備的規定，在檢定方法中刪除“R_tp^*的電阻值必須在三相點瓶中用電測儀器重新測量”等相關要求，這樣不僅可以減少建標及維護費用，提高檢定工作效率，降低人工成本，標準裝置也可以在配置經濟合理的條件下，保證檢定結果的準確性和可靠性[1-2]。

2.2 標準器

從文獻[1-2]可以看出：使用R_tp^*的標稱值是25Ω的標準鉑電阻溫度計作標準時，直接用上級證書值的檢定結果的誤差和不確定度比用自測Rtp值時更小，而且一般常用數字多用表（六位半、七位半）就可滿足要求。

文獻[3]的研究結果表明（見表3）：在同樣檢定條件下，檢定Ptl00型工業鉑熱電阻時，使用R_tp標稱值是100Ω的標準比使用R_tp標稱值是25Ω的標準的檢定結果的不確定度要小得多。檢定結果不確定度的進一步減小，很大地減小了檢定結果不確定度與被檢工業鉑熱電阻允許誤差的比值。該比值的進一步減小有效提高了檢定結果的可信度，同時又為降低電測設備的準確度等級提供了較大的空間，使進一步減小電測設備費用成為可能。

由于目前檢定的工業鉑熱電阻溫度傳感器絕大部分是Ptl00型，因此建議規程推薦優先選用R_tp標稱值是100Ω的標準鉑電阻溫度計作標準。

2.3 標準的核查

從前面論證可以知道，標準鉑電阻溫度計周檢的量值可靠性R>90%，這個指標已經達到國家相關規范的要求。為了進一步提高標準裝置量值的可靠性，也為適應中國合格評定國家認可委員會（CNAS）對實驗室標準裝置期間核查的要求，建議標準裝置配置兩支標準鉑電阻溫度計，便于標準裝置使用中的監督檢查。

如果采用上述3點意見，按現行規程規定配備的電測儀器只能檢定B級、C級工業鉑熱電阻的標準裝置也能達到檢定A級、AA級的能力（以檢定結果的不確定度與被檢允差的比值判斷），可使大多數標準裝置提高檢定能力水平。那樣，在保證量傳水平的同時既可明顯降低標準裝置的建標費用，又可提高檢定工作效率，具有較大經濟價值和社會效益。

3 結束語

以上對規程的幾點討論和建議，是多年來在質量管理體系運行和溫度計量檢定校準技術研究實踐及服務中的一點收獲和體會，加上對工業鉑熱電阻檢定方法及結果的研究，希望供同行參考，并進行研討和實驗驗證。

參考文獻

[1]陳桂生，付志勇，朱育紅，等.工業鉑熱電阻不同檢定方法檢定結果的可信度研究[J].中國測試，2014（6）：17-21.

[2]楊銳，朱育紅，陳桂生，等.不同檢定方法對工業鉑熱電阻檢定結果貢獻的誤差研究[J].中固測試，2015（2）：22-26.

[3]陳桂生，付志勇，趙品，等.低成本提高工業鉑熱電阻檢定結果可信度的方法研究[J].中國測試，2015（1）：24-28.