工業鉑熱電阻測量結果的不確定度評定

羅利平

(山西潞安檢測檢驗中心有限責任公司，山西 長治 046204)

1 概 述

1.1 被測對象

選用一支B級鉑熱電阻Pt100作為此次評定的對象，按照JJG 229-2010《工業鉑、銅熱電阻》檢定規程規定的檢定溫度點為0℃和100℃，對B級Pt100鉑熱電阻進行誤差的測量，其允許偏差：0℃：±0.15℃；100℃：±0.35℃。

1.2 測量標準

1.2.1 二等標準鉑電阻溫度計

二等標準鉑電阻溫度計證書給出的參數見表1。

表1 標準鉑電阻證書給出的參數

1.2.2 電測設備

KEITHLEY2010數字多用表，測量范圍(0～1 000)Ω。

表2 數字多用表年變化量

1.3 測量方法

按照檢定規程中的方法進行比較測量。將標準鉑電阻溫度計(以下簡稱標準鉑電阻)和被檢鉑熱電阻溫度計(以下簡稱被檢鉑電阻)同時插入恒溫槽中，將標準鉑電阻與被檢鉑電阻的引線接入接線臺與數字多用表、掃描/控制器連接，待溫度穩定后采集數字多用表的標準鉑電阻與被檢鉑電阻的電阻值，用標準鉑電阻計算出恒溫槽的實際溫度后通過公式最終得出被檢鉑電阻的實際值溫度值和測量誤差。

2 測量模型

0℃時，測量誤差的數學模型：

(1)

100℃時，測量誤差的數學模型：

(2)

3 輸入量△ti，△th的標準不確定度u(△ti)和u(△th)的評定

該不確定度分量主要由被檢鉑電阻測量結果的重復性，電測設備，恒溫槽插孔之間的溫差以及測量電流引起的自熱四個方面引入。

3.1 測量結果的重復性所引入的不確定度u(Ri1)和u(Ri2)，采用A類方法評定

以B級鉑熱電阻分別在制冷恒溫槽和恒溫油槽對其0℃和100℃進行重復10次的測量。

檢定0℃時其測得的熱電阻分別為：100.571 1、100.571 8、100.571 1、100.571 7、100.571 6、100.570 2、100.571 1、100.571 2、100.571 3、100.572 5(Ω)。該樣本的實驗標準偏差采用貝塞爾公式進行計算，得s= 5.7×10-4Ω。

實際測量取6次測量的平均值做為測量結果，故u(Ri1)=2.33×10-4Ω。轉換成溫度：u(△ti1)=0.60 mK。

同理檢定100℃時所得的試驗標準偏差s=13.50×10-4Ω。實際測量取6次測量的平均值做為測量結果，故u(Ri1)=5.51×10-4Ω。轉換成溫度：u(△ti1)=1.45 mK。

3.2 由電測設備引入的標準不確定度u(△ti2)和u(△th2)，采用B類方法評定

3.3 插孔之間的溫差引入的標準不確定度u(△ti3)和u(△th3)，采用B類評定

按規程中的方法對溫度計檢定時，在0℃由于插入標準和被檢溫度計同時插入后管口用脫脂棉塞緊，其熱損失極少，可認為插孔之間的溫差很小，忽略不計，故u(△ti2)=0 mK。

3.4 自熱引入的標準不確定度u(△ti4)和u(△th4) ，采用B類方法評定

換算成溫度：u(△ti4)=2.95 mK，

u(△th4)=3.04 mK。

3.5 u(△ti)和u(△th)的計算

以上4個不確定度之間相互獨立，因此合成不確定度按公式(3)計算：

(3)

得：u(△ti)=15.06 mK，

u(△th)=21.78 mK 。

4 輸入量的標準不確定度和的評定

該不確定度分量主要由標準鉑電阻的復現性、電測設備、測量電流引起的自熱、標準鉑電阻的周期穩定性這四個方面引入。

4.1 標準鉑電阻的復現引入的標準不確定度和采用B類方法評定

4.2 電測設備數字多用表引入的標準不確定度和采用B類方法評定

(4)

0℃時：u(△t*i2)=

100℃時，u(△t*i2)=

4.3 測量電流引起熱電阻自熱帶來的標準不確定度和采用B類方法評定

4.4 標準鉑電阻溫度計和引入的標準不確定度和采用B類方法評定

由于上述4個不確定度之間相互獨立，因此按公式(3)進行合成：

5 合成不確定度

將以上評定的各標準不確定度分量進行匯總，匯總結果見表3、表4。

表3 0℃時標準不確定度分量匯總

表4 100℃時標準不確定度分量匯總

由于各不確定度分量之間相互獨立。因此，不確定度按公式(3)合成為：

檢定0℃時：uc(△t0)=25.65 mK；

檢定100℃時：uc(△t100)=34.95 mK。

6 擴展不確定度

取包含因子k=2，

檢定0℃時：k=2，則U=k×25.66= 51 mK；

檢定100℃時k=2，則U=k×34.96= 70 mK。

7 測量不確定度評估的說明

從上述的不確定度評估中可以看出，所選的檢定設備在檢定B級以下鉑熱電阻時可以滿足檢定結果的擴展不確定度(k=2)不大于被檢熱電阻允許誤差絕對值的1/4。

8 結 語

此次主要對工業鉑熱電阻的不確定度進行了評定，從上述的評定結果可看出：評定的溫度點為0℃和100℃，這兩個溫度點基本覆蓋了規程對被檢鉑熱電阻的測量范圍。在0℃時允差為±0.30℃，評定的擴展不確定度為0.05℃,在100℃時允差為±0.80℃，評定的擴展不確定度為0.07℃,由上述數據可得其擴展不確定度都不大于被檢熱電阻允許誤差絕對值的1/4，滿足規程對于計量器具控制的選用要求，測量結果可信。在此次評定中發現不確定度數值較大的分量來自于電測設備，也就是說電測設備是此次不確定度評定的主要來源，因此在檢定鉑電阻的過程中要密切關注電測設備，首先應保證電測設備在工作時始終處在符合其環境條件要求的工作場所，一般應保證溫度在(20±2)℃，相對濕度在(45～75)%RH范圍內,周圍無振動無電磁干擾。其次按照電測設備說明書的要求對其進行定期保養和維護，使用時認真填寫運行使用記錄，及時發現運行過程中的影響準確度的隱患。要定期對電測設備進行溯源校準和期間核查，頻繁使用時更要加大期間核查的頻次。為保證檢定結果的可信度，除了對電測設備進行必要關注外，標準溫度計屬精密測量儀器，在放置和拿取的過程中應輕拿輕放。另外在放置標準鉑電阻和被檢鉑電阻時還要保證它們在恒溫槽中有足夠的深度，使其熱損失盡可能小。注意到以上幾個因素并在日常檢定工作中認真執行就能保證測量結果的準確可靠。