恒溫槽技術性能測量結果的不確定度評定

孫浩 沈文杰

摘要：恒溫槽是溫度計量中常用的設備，可以為溫度傳感器的校準提供滿足要求的溫場。恒溫槽的均勻性和波動性是衡量其技術性能的關鍵指標。為了保證量值傳遞的準確、可靠，采用標準鉑電阻溫度計和精密直流測溫電橋組成測量系統，對恒溫槽進行校準，并完成測量結果的不確定度分析。結果顯示，恒溫槽波動性測量的不確定度U0.005 mK（k=2），均勻性測量的不確定度UO.005 mK（k=2），滿足校準規范JJF1030-2010的要求。

關鍵詞：恒溫槽;不確定度;導熱介質;溫度控制系統

中圖分類號：TH811

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.058

1 引言

恒溫槽以液體為導熱介質，通過溫度控制系統及攪拌或射流裝置的作用，能夠為溫度傳感器的校準提供均勻穩定的恒定溫場。按照導熱介質的不同，分為制冷恒溫槽、標準水槽和標準油槽，提供溫場的溫度范圍可達到- 80 - 300℃。溫度計量采用比較的方法完成，即將標準溫度計和被校準溫度計同時放人恒溫槽內，通過比較確定被校溫度計的示值誤差。因此，恒溫槽的均勻性和波動性會影響到測量結果的準確性和可靠性。

本文采用標準鉑電阻溫度計搭建測量系統，對恒溫槽的均勻性和波動性進行校準，并對測量結果的擴展不確定度進行評定。

2 測量系統和測量方法

2.1 測量系統

標準器：標準鉑電阻溫度計，- 200 - 419.527℃，二等;測溫電橋：數字多用表TTI-22，分辨力為1 mK;

校準對象：標準恒溫水槽，校準點為50℃。

2.2 測量方法

2.2.1 溫度波動性的測試

將一支標準鉑電阻溫度計插入到恒溫槽工作區域內的1/2深度位置，待恒溫槽穩定后，通過直流測溫電橋讀取標準鉑電阻溫度計的示值。以每分鐘6次的均勻間隔讀取示值，持續10 min。取最大值與最小值之差即為恒溫槽在該溫度點的波動性。

2.2.2 溫度均勻性的測試

恒溫槽均勻性測試時使用兩支標準鉑電阻溫度計分別作為固定溫度計和移動溫度計，固定溫度計置于恒溫槽工作區域的1/2深度位置，即參考位置0點;另一支溫度計作為移動溫度計分別置于所需的位置點進行測量，見圖1中位置A、B、C、D、F、F、G和H。以A和B位置點為例，通過“參考位置”法得到OA點和OB點之間的溫度差，通過兩者的差，得到A點與B點的溫差。取所有點中的溫差最大值作為恒溫槽的均勻性。測量系統示意圖如圖1所示。

3 測量結果的不確定度評定

3.1 溫度波動性測量結果的不確定度評定

3.1.1 測量模型

△t=tmax - tmin

（l）式（l）中：tmax為測量過程中讀取的最大示值，℃;tmin為測量過程中讀取的最小示值，℃。

3.1.2 標準不確定度的評定

3.1.2.1 測量重復性引入的標準不確定度μ.

在50℃時，對同一位置的溫度波動性測試10次，得到s=0.002℃，則μr=s=2 mK。

3.1.2.2 電測儀表短期穩定性引入的不確定度μ：

TTI-22數字多用表在短時間內（一般不超過10 min）穩定性影響估計值為1 mK，按均勻分布處理，則μ2=l/√3=0.58 mK。

3.1.2.3 電測儀表分辨力引入的不確定度μ3，

TTI-22數字多用表分辨力為1 mK，區間半寬為0.5 mK，即按均勻分布處理μ3=0.5/√3=0.29 mK。

3.1.2.4 標準鉑電阻溫度計的短期穩定性引入的標準不確定度μ4。

標準鉑電阻溫度計的短期穩定性（一般不超過10 min）估計不超過1 mK，取半寬區間為0.5 mK，按均勻分布處理，則μ4=0.5/√3=0.29 mK。

3.1.3 合成標準不確定度

標準不確定度分量一覽表如表1所示。

3.2.2 標準不確定度的評定

3.2.2.1 測量重復性引入的標準不確定度μ1.

以50℃為例進行不確定度分析。按照規定的測試方法，對位置點A和位置點B之間的溫差測量10次，按貝塞爾公式計算單次測量的試驗標準偏差s-0.002℃，則，urs-2 mK。

3.2.2.2 輸入量tA-0。引入的標準不確定度μ2

該不確定度分量引入的因素主要包括兩支標準鉑電阻溫度計之間差值的短期穩定性、電測儀表的分辨力、兩測量孔內溫度變化的不一致等，均屬于B類評定。由于兩支標準鉑電阻溫度計的量程基本一致，使用同一電測儀表進行讀數，電測儀表短期穩定性引入的不確定度可以忽略不計。

兩支標準鉑電阻溫度計之間短期穩定性引入的標準不

4 結束語

本文采用兩支標準鉑電阻溫度計和電測儀表組成測量系統對恒溫槽50℃校準點的波動性和均勻性進行測量，并考慮校準過程中的影響因素，對測量結果的不確定度進行分析評定。經分析，波動性和均勻性測量結果的不確定度均為U=0.005℃（k=2），能夠滿足JJF1030-2010的要求，說明測量結果準確、可靠。