工業鉑電阻測量結果的不確定度評定

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(國網四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045)

0 引 言

以溫度(20±5)℃、相對濕度15%～80%的環境條件下工業鉑熱電阻測量結果的不確定度評定為例，介紹工業鉑熱電阻測量結果的不確定度評定方法。

校準過程使用的主要儀器如下：

1)標準器：二等標準鉑電阻溫度計。

2)電測儀器：電橋或可測量電阻的數字多用表[1]。

A級及以上被測電阻用0.005級及以上等級儀器；B級及以下被測電阻用0.02級及以上儀器。如測Pt100的儀器分辨率不低于0.1 mΩ[1]。

3)冰點器：U≤0.04 ℃，k=2。

4)恒溫槽：溫度范圍為-50～300 ℃。

5)水平溫場為0.01 ℃，垂直溫場為0.02 ℃，波動度為0.04 ℃/10 min。

6)水三相點瓶及保溫裝置。

校準方法采用比較法，即把被檢熱電阻(Pt100,A級)和標準鉑熱電阻(Rtp=25 Ω)放在同一溫場中，待穩定后按檢定規程要求的順序讀取被檢電阻和標準熱電阻的電阻值，按照相關公式算出被檢鉑熱電阻的實際電阻值。

1 數學模型

1.1 檢定點0 ℃，測量誤差的數學模型[1]

(1)

1.2 檢定點100 ℃，測量誤差的數學模型[1]

(2)

(3)

(4)

2 輸入量的標準不確定度的評定

2.1 測量的重復性引入的標準不確定度uA的評定

標準不確定度uA的來源主要是測量重復性引入的，可以通過重復測量得到測量列，用A類方法評定。即用本溫度綜合標準裝置對一常規的被測對象(1支Pt100熱電阻，測量范圍0～300 ℃，準確度等級：A級)在0 ℃和100 ℃兩檢定點,按檢定規程要求進行10次獨立重復測量，得到測量重復性試驗數據見表1。

表1 熱電阻重復性測試數據

由表1數據得到實驗在0 ℃檢定點的標準偏差為

(5)

同理，在100 ℃檢定點的標準偏差為

S100=24.32 mΩ

(6)

由規程可知，測量鉑電阻時，交替重復不少于4次(包括電流換向)，因此

0 ℃檢定點標準不確定度為

(7)

同理，100 ℃檢定點的標準不確定度為

uA=12.16 mΩ

(8)

2.2 電測設備引入的標準不確定度uB1的評定

(9)

(10)

2.3 溫場不均勻引入的標準不確定度uB2的評定

檢定點0 ℃時：

uB2=(6×0.390 83)mΩ=2.34 mΩ

(11)

檢定點100 ℃時：

uB2=(6×0.379 28)mΩ=2.28 mΩ

(12)

2.4 溫場波動度引入的標準不確定度uB3的評定

檢定點0 ℃時：

uB3=(23×0.390 83)mΩ=8.99 mΩ

(13)

檢定點100 ℃時：

uB3=(6×0.379 28)mΩ=8.72 mΩ

(14)

2.5 二等標準鉑電阻溫度計引入的標準不確定度uS1的評定

標準不確定度uS1的來源主要是二等標準鉑電阻溫度計引入的，采用B類方法評定，其值可由水三相點的電阻值Rtp的檢定周期不穩定性確定[3]。

uS1=1.67×0.003 988 5×25 mΩ=0.17 mΩ

(15)

uS1=(4×0.003 868 2×25)mΩ=0.39 mΩ

(16)

2.6 標準鉑電阻測量時電測設備引入的標準不確定度uS2的評定

標準不確定度uS2的來源主要是電測設備引入的，采用B類方法評定。其值可由其電測設備的最大相對誤差確定[3]。

(17)

(18)

3 測量不確定度的計算與表示

對于直接測量的不確定度分量uA、uB1、uB2、uB3、uS1、uS2彼此獨立不相關，所以0 ℃時，合成標準不確定度為

=35.36 mΩ2

(19)

(20)

u(Δt0)

=0.02 ℃

(21)

同理，100 ℃時，合成標準不確定度為

u2(Ri)=184.97 mΩ2

u(Δt100)=0.04 ℃

(22)

因此，取置信概率p=95%，k=2，工業鉑熱電阻(A級)測量結果的擴展不確定度為[3]

0 ℃時，U0℃=0.04 ℃，k=2

100 ℃時，U100℃=0.08 ℃，k=2

5 結 語

通過對工業鉑電阻各項測量不確定度因素進行分析可知，影響不確定度的主要因素是被測鉑電阻引入的。因此，在檢定時，電測設備應嚴格按照程序操作，測量某溫度點時應等待足夠長時間使溫場盡量穩定后再讀數，以減少誤差，提高測量結果的準確性。

[1] 工業鉑、銅熱電阻檢定規程：JJG 229-2010[S]，2010.

[2] 劉絢.工業鉑電阻測量結果的不確定度評定[J].工業計量，2012，22(2)：46-47.

[3] 林景星，陳丹英.計量基礎知識[M].北京：中國質檢出版社，2015.