可調角型雙金屬溫度計示值誤差的分析

摘 要：本文將詳細介紹可調角型雙金屬溫度計的示值誤差和角度調整誤差的校準和數據處理，分析徑向位置和軸向位置示值誤差的一些問題。通過對示值誤差的分析，幫助有關人員更好地開展可調角型雙金屬溫度計示值誤差的校準工作。

關鍵詞：可調角型雙金屬溫度計，示值誤差，軸向，徑向

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.22.030

雙金屬溫度計是一種常用于中低溫測量的儀器。它在工業生產和實驗室中，廣泛應用于對環境溫度的監控。在輕工行業的生產制造中，對環境溫度有嚴格要求時，可用雙金屬溫度計對其進行控溫。

雙金屬溫度計應用廣泛，其準確性直接影響到對溫度的嚴格控制。如果使用的雙金屬溫度計測溫不準，對要求控溫的產品或實驗都會產生很大的影響。因而，要根據實際情況定期對其校準，以確保其測得的溫度示值準確可靠。

雙金屬溫度計校準規范上要求可調角型雙金屬溫度計示值誤差的校準應在軸向位置上完成。本篇文章通過對8個同批次可調角型雙金屬溫度計各進行10組軸向位置和徑向位置示值誤差的校準，證實了軸向位置上的示值更準確可靠。

1 雙金屬溫度計的原理和分類

雙金屬溫度計是利用膨脹系數不同的兩種純金屬片或合金片組成感溫元件，一端固定，另一端（自由端）帶有指針。當溫度變化時，感溫元件曲率發生變化，自由端旋轉，帶動指針在度盤上指示出溫度數值[1-2]，以此來測量溫度。

雙金屬溫度計按主要功能分為普通指示型和電接點型；按指示裝置和感溫元件的連接位置分為角型（軸向型）、直型（徑向型）和可調角型?？烧{角型的雙金屬溫度計要校準其角度調整誤差?？烧{角型雙金屬溫度計由軸向（或徑向）位置調整到徑向（或軸向）位置時的溫度示值的最大變化，即為角度調整誤差。

2 示值誤差和角度調整誤差的校準

按照現行有效的校準規范JJF 1908—2021《雙金屬溫度計校準規范》的要求，對可調角型雙金屬溫度計示值誤差和角度調整誤差進行校準。

2.1 標準器及其配套設備

本次校準用的主標準器是兩支經檢定合格的標準水銀溫度計，測量范圍分別是（0～50）℃/0.1℃、（50～10 0）℃/0.1℃，分度值均為0.1℃，最大允許誤差（MPE）均為±0.15℃。主要配套設備為恒溫水槽和恒溫油槽，其中恒溫水槽的介質是防凍液，能夠降溫到0℃，測量范圍為-10～90℃，均勻性≤0.01℃，波動性≤0.04℃/10m i n ；恒溫油槽的介質是硅油，測量范圍為90～30 0℃，均勻性≤0.01℃，波動性≤0.0 4℃/10min，均符合JJF 1908—2021的要求。

2.2 校準方法

選取同一批次的8個可調角型雙金屬溫度計作為被校儀器，其生產廠家為紅旗儀表有限公司，型號為（0～100）℃/2℃，分度值為2℃，準確度等級為1.5級。

校準點選擇測量范圍內的上下限溫度點和中間點，分別為0℃、50℃、100℃，共三個校準點。從下限點開始校準，先正行程，再反行程，上、下限點只做單行程校準。

將標準水銀溫度計和被?？烧{角型雙金屬溫度計按規定的浸沒深度插入恒溫槽中，將角度調整到徑向，待示值穩定后開始讀數，視線垂直于標度盤，并估讀到分度值的1/10，分別記下標準水銀溫度計和被校雙金屬溫度計示值。然后再調整角度到軸向，讀數示值。再按正行程校準下一個溫度點，然后再做反行程。由于上、下限點只做單行程校準，所以校準順序為0℃、50℃、100℃、50℃。可調角型雙金屬溫度計從徑向位置調整軸向位置時，記錄該過程中溫度示值的最大變化量，即為角度調整誤差。示值誤差和角度調整誤差的校準同時進行。

3 測量結果分析

3.1 原始數據

按上述方法對8個編號0～8的可調角型雙金屬溫度計在徑向和軸向從正行程再反行程在0℃、50℃、100℃、50℃四個溫度校準點分別重復測量10次，得到不同角度不同校準點各8組數據。

3.2 異常值的判別及剔除

對于原始數據中異常值的判別和剔除，一般選擇格拉布斯準則來進行。設在一組重復測量結果xi中，求其平均值-x和標準偏差s，其殘差vi的絕對值∣vi∣最大者為可疑值xd，在給定的包含概率P =0.99或P =0. 95，也就是顯著性水平α=1-P = 0.01或0.05時，如果滿足式（1），可以判定xd為異常值。

3.3 示值誤差和角度調整誤差的計算

按格拉布斯準則剔除了異常值后，剩余的測得值取平均值 ，標準溫度計的測得值加標準溫度計檢定證書上的修正值得到的值為參考值xs，則示值誤差Δx = -x- xs ，角度調整誤差為徑向位置與軸向位置示值差值的絕對值。如表1 、表2所示。

3.4 測量重復性

對可調角型雙金屬溫度計不同溫度校準點下在徑向位置和軸向位置各重復測量10次，共測了8組，故合并樣本標準偏差用來表征測量重復性。則合并樣本標準偏差sp （x） ：

代入公式（2），計算的結果如表3所示。

3.5 結果分析

這8支雙金屬溫度計的量程是0～100℃，分度值為2℃，準確度等級為1.5級，按照JJF 1908—2021的要求，這些雙金屬溫度計的最大允許誤差為±1.5%FS，即為1.5℃，角度調整誤差為1.0℃。

通過以上的數據處理，可以看出1號在100℃校準點上軸向位置和徑向位置的示值誤差都超過最大允許誤差，3號在50℃校準點上徑向位置的示值誤差超過最大允許誤差，4號在0℃校準點上徑向位置的示值誤差超過最大允許誤差。

4號在0℃和1 0 0℃校準點上的角度調整誤差都超過JJF 1908—2021的要求，5號在10 0℃和50℃（反行程）校準點上的角度調整誤差都超過JJF1908的要求，6號和7號在100℃校準點上的角度調整誤差都超過JJF 1908的要求。2號、8號在4個溫度校準點上徑向位置和軸向位置的示值誤差均低于最大允許誤差，在4個溫度校準點上的角度調整誤差也都符合JJF 1908的要求。

可調角型雙金屬溫度計在不同溫度校準點時，如表3所示，0℃時軸向位置的測量重復性s p （x ） = 0 . 1 6℃，小于徑向位置的測量重復性s p （x ） = 0 . 4 0℃；正行程5 0℃時軸向位置的測量重復性s p （x ） = 0 .14℃，小于徑向位置的測量重復性s p （x ） = 0 . 21℃；10 0℃時軸向位置的測量重復性s p （x ） = 0 . 1 9℃，小于徑向位置的測量重復性s p （x ） = 0 . 3 4℃；反行程5 0℃時軸向位置的測量重復性s p （x ） = 0 .14℃，小于徑向位置的測量重復性sp （x ）=0.27℃；故軸向位置的測量重復性要優于徑向位置的測量重復性，則軸向位置由重復性引入的不確定度分量也更小，校準測量能力也更好，故而對于可調角型雙金屬溫度計的示值誤差在軸向位置上校準更準確可靠[3-4]，正如JJF 1908所示的“可調角型雙金屬溫度計示值誤差的校準應在軸向位置上完成”。

4 結 語

綜上所述，在校準可調角型雙金屬溫度計的時候要注意軸向位置和徑向位置的差別，校準示值誤差時應在軸向位置上完成，還要校準角度調整誤差，對于測得的示值要進行異常值判別和剔除，以保證結果的準確可靠。

參考文獻

[1]高旭輝，李姣姣，楊超，等.雙金屬溫度計的測量不確定度評定[J].市場監管與質量技術研究，2023（4）：58-61.

[2]葉飛.雙金屬溫度計的特點及其檢定方法探索[J].大眾標準化，2023（1）：186-188.

[3]王紅剛.關于雙金屬溫度計測量值的不確定度評定[J].內燃機與配件，2018（2）：167-168.

[4]張盼盼.雙金屬溫度計示值誤差的不確定度分析[J].計量與測試技術，2017，44（5）：79+81.

作者簡介

王慧，碩士，工程師，從事溫度計量、化學計量工作。

（責任編輯：張瑞洋）