熱電阻計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)

1、 計(jì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 技 術(shù) 報(bào) 告計(jì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 名 稱 二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置 計(jì) 量 標(biāo) 準(zhǔn)負(fù)責(zé)人 建標(biāo)單位名稱(公章) 填 寫 日 期 2016 .1 目 錄一、建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的目的.( 1 )二、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成.( 1 )三、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備.( 2 )四、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo).( 3 )五、環(huán)境條件.( 3 )六、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖.( 4 )七、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗(yàn).( 5 )八、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核.( 6 )九、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定.( 7 )十、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證( 19 )十一、結(jié)論( 20 )十二、附加說明( 20 )一、建立計(jì)

2、量標(biāo)準(zhǔn)的目的隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工作用熱電阻在測(cè)溫領(lǐng)域的運(yùn)用，越來越廣泛，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，滿足我所的溯源需求，進(jìn)一步開拓所新的業(yè)務(wù)，有必要在所建立工作用熱電阻檢定裝置，嚴(yán)格按檢定規(guī)程要求進(jìn)行工作用熱電阻的檢定工作，規(guī)范檢定行為。同時(shí)，我所已經(jīng)具有滿足工作用熱電阻檢定規(guī)程要求的環(huán)境條件、設(shè)施、標(biāo)準(zhǔn)儀器及配套設(shè)備，符合開展工作用熱電阻檢定工作的條件，具備開展工作用熱電阻檢定工作的能力。本檢定裝置的建立可覆蓋測(cè)量范圍在（-30300）的工作用熱電阻的檢定。二、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成組成： 1-標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì) 2-被檢熱電阻溫度計(jì)3-恒溫油槽4-轉(zhuǎn)換開關(guān)5-電測(cè)儀器工作原理：該標(biāo)準(zhǔn)裝

3、置采用比較法進(jìn)行檢定，即將二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與熱電阻同時(shí)插入冰點(diǎn)或恒溫槽中，待溫度穩(wěn)定后，通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與被檢的值，由標(biāo)準(zhǔn)算出實(shí)際溫度，然后通過公式計(jì)算得出被檢的實(shí)際值。三、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器名稱型號(hào)測(cè)量范圍不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差制造廠及出廠編號(hào)檢定或校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)檢定周期或復(fù)校間隔標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)WZPB-2（0419.527）二等昆明大方自動(dòng)控制科技有限公司150965中國測(cè)試技術(shù)研究院二年主要配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)油槽DTS-300（70300）均勻性：水平溫差0.01垂直溫差均0.02波動(dòng)度：±0.019/10min泰安德圖自動(dòng)化儀器有限公司DY-1533山東計(jì)量

4、院一年制冷恒溫槽DTS-20（-20100）均勻性：水平溫差、垂直溫差均0.01波動(dòng)度：±0.01/15min泰安德圖自動(dòng)化儀器有限公司DS20-1530山東計(jì)量院一年數(shù)字多用表2010（0-1000）50ppm×R+2ppm×FKEITHLEY4014562山東計(jì)量院一年熱工儀表自動(dòng)檢定系統(tǒng)DTZ-01/U=0.1uVk=2泰安德圖自動(dòng)化儀器有限公司DZ0115117山東計(jì)量院 一年絕緣電阻表ZC25-3（0-500）M10級(jí)浙江正泰無號(hào)山東計(jì)量院一年22四、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要技術(shù)指標(biāo)1. 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)：0:U=55mK,

5、k=2, 100:U=75mK,k=2 2. 測(cè)量范圍：（0300）五、環(huán)境條件序號(hào)項(xiàng) 目要 求實(shí)際情況結(jié) 論1溫 度（20±5）22合格2濕 度（30%-80%）RH56%RH合格六、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖上級(jí)社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)本單位計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具工作用計(jì)量器具直接比較法計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)名稱：一等鉑電阻溫度計(jì)不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差：一等保存機(jī)構(gòu)：山東省計(jì)量科學(xué)研究院計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)名稱：二等鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量范圍：（0300）不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差：0:U=55mK,k=2, 100:U=75mK,k=2=2,100直接比較法計(jì)量器具名稱：工業(yè)鉑、銅熱電阻測(cè)量范圍：（030

6、0）準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差：B級(jí)七、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗(yàn)在檢定裝置正常工作條件下，使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，對(duì)一支被檢鉑電阻，分度值Pt100，在100點(diǎn)上等精度重復(fù)測(cè)量10次，得到以下一組數(shù)據(jù)： 試驗(yàn)時(shí)間測(cè)量值測(cè)量次數(shù)2016年2月23日1138.604- 0.0024 5.76×6.10-62138. 6070.00063.6×10-63138. 6100.003612.96×10-64138. 605- 0.00162.56×10-65138. 6100.003612.96×10-66138. 605- 0.00141.96×

7、10-67138. 605- 0.00141.96×10-68138.6080.00162.56×10-69138. 602- 0.004419.36×10-610138. 6080.00162.56×10-6138. 606466.24×10-6S = = 0.003該標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量重復(fù)性為0.003，小于標(biāo)準(zhǔn)裝置合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（0.029）該標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量重復(fù)性符合計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范的要求。注：已建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，至少每年進(jìn)行一次重復(fù)性試驗(yàn)，測(cè)得的重復(fù)性應(yīng)滿足檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度的要求。八、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核在標(biāo)準(zhǔn)裝置正常工作條件下，使用

8、二等鉑電阻溫度計(jì)，對(duì)一支被檢鉑電阻，分度值 Pt100，在100點(diǎn)上等精度重復(fù)測(cè)量10次，每月測(cè)量一次，連續(xù)測(cè)量4月，得到以下一組數(shù)據(jù)： 考核時(shí)間 測(cè)量值測(cè)量次數(shù)2016年1月05日2016年2月10日2016年3月15日2016年4月23日1138.5439138.5452138.5437138.54262138.5446138.5460138.5435138.54283138.5454138.5456138.5435138.54304138.5440138.5451138.5434138.54245138.5436138.5449138.5439138.54246138.5439138.5

9、454138.5442138.54287138.5440138.5451138.5448138.54318138.5445138.5465138.5442138.54349138.5451138.5442138.5437138.544210138.5442138.5431138.5431138.5431i138.54432138.54511138.54380138.54298變化量0.00203該標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量穩(wěn)定性最大差值為0.00203/0.379=0.005，小于標(biāo)準(zhǔn)裝置擴(kuò)展不確定度（0.058），該標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量穩(wěn)定性符合計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范的要求。注：若計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在使用中采用標(biāo)稱值或示值，則

10、穩(wěn)定性應(yīng)小于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的最大允許誤差的絕對(duì)值；如加修正值使用，則應(yīng)小于修正值的擴(kuò)展不確定度。九、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定E.1 被測(cè)對(duì)象鉑熱電阻Pt100。AA級(jí)（或A級(jí)、B級(jí)及C級(jí)），測(cè)量點(diǎn)：0和100，允許偏差見表E.1。表E.1 允許偏差檢定點(diǎn)/允許偏差/AAABC0±0.10±0.15±0.30±0.6100±0.27±0.35±0.80±1.6E.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)E.2.1 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)證書給出的參數(shù)見表E.2。表E.2 表二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻證書給出的（及推算出的）參數(shù)tWd W

11、/dt00.9999680.00398981001.3927270.003870 0Rtp=24.8437E.2.2 電測(cè)設(shè)備HY2003A熱電阻測(cè)量?jī)x，測(cè)量范圍（0220），分辨力0.1m，MPE：±（0.01%讀數(shù)+1.0m）。E.3 測(cè)量方法用比較法進(jìn)行測(cè)量。將二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與被檢鉑熱電阻同時(shí)插入冰點(diǎn)和100的恒溫槽中待溫度穩(wěn)定后通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與被檢的值，由標(biāo)準(zhǔn)算出實(shí)際溫度然后通過公式計(jì)算得出被檢的實(shí)際值R和R。E.4 數(shù)學(xué)模型檢定點(diǎn)0，測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型： (E.1)檢定點(diǎn)100，測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型： (E.2)式中符號(hào)的含義同正文。從數(shù)學(xué)模型中可以觀察到，0檢定點(diǎn)的輸入

12、量有：R、R、R、W；100檢定點(diǎn)的輸入量有：R、R、R、W。(dR/dt)、(dR/dt)、(dW/dt)、(dW/dt)的不確定度很小，可以忽略不計(jì)。E.5 輸入量ti、th的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ti)和u(th)的評(píng)定有四個(gè)主要不確定度來源：Ri、Rh測(cè)量重復(fù)性，插孔之間的溫差，電測(cè)設(shè)備，測(cè)量電流引起的自熱。E.5.1 測(cè)量的重復(fù)性u(píng)(Ri1)和u(Ri2)A類不確定度以A級(jí)鉑熱電阻的三組24次重復(fù)性試驗(yàn)為例：a) 檢定0時(shí)的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差sp為實(shí)際測(cè)量以4次測(cè)量值平均值為測(cè)量結(jié)果，所以u(píng)(Ri1)=。換算成溫度：mK，。b) 檢定100時(shí)的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差sp為實(shí)際測(cè)量以4次測(cè)量值平均值為測(cè)

13、量結(jié)果，所以u(píng)(Rh1)=。換算成溫度：mK，。E.5.2 插孔之間的溫差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ti2)和u(th2)B類不確定度冰點(diǎn)槽插孔之間的溫差很小，可以忽略不計(jì)。水沸點(diǎn)槽插孔之間的溫場(chǎng)均勻性不超過0.01；檢定過程中溫度波動(dòng)不超過±0.02/10min，因標(biāo)準(zhǔn)和被檢的時(shí)間常數(shù)不同，估計(jì)將有不大于0.01的遲滯。均服從均勻分布，。因此：估計(jì)相對(duì)不確定度為20%，則其自由度。E.5.3 電測(cè)設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ti3)和u(th3)B類不確定度熱電阻測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差是主要的不確定度來源，四端轉(zhuǎn)換開關(guān)雜散電勢(shì)引起的不確定度相對(duì)較?。〒Q算成電阻，不超過±1m），可以忽

14、略不計(jì)。檢定0時(shí)，熱電阻測(cè)量?jī)x的不確定度區(qū)間半寬為，在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為均勻分布，。則換算成溫度： 檢定100時(shí)，電阻測(cè)量?jī)x的不確定度區(qū)間半寬為，在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為是均勻分布，。則換算成溫度： 估計(jì)相對(duì)不確定度均為10%，則其自由度。E.5.4 自熱引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ti4)和u(th4)B類不確定度電測(cè)設(shè)備供感溫元件的測(cè)量電流為1mA，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)感溫元件一般有約2m的影響?？勺骶鶆蚍植继幚?，。則換算成溫度： 估計(jì)相對(duì)不確定度為20%，則其自由度。E.5.5 u(ti)和u(th)的計(jì)算由于上述四個(gè)不確定度之間相互獨(dú)立，因此合成為 E.6 輸入量和的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u()和u()的評(píng)定主要有4個(gè)不確定

15、度來源：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)觀性和電阻比值的周期穩(wěn)定性，電測(cè)設(shè)備的測(cè)量誤差，測(cè)量電流引起的自熱。E.6.1 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)觀性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和B類不確定度按規(guī)程要求，水三相點(diǎn)處為U99=5mK，k=2.58；水沸點(diǎn)附近為U99=3.4mK，k=2.58。因此，=1.94 mK；=1.32 mK。估計(jì)相對(duì)不確定度為5%，則其自由度。E.6.2 電測(cè)設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和B類不確定度電測(cè)設(shè)備在水三相點(diǎn)、冰點(diǎn)槽和100恒溫槽內(nèi)測(cè)量某標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被檢熱電阻的電阻值見表E.3。表E.3 電測(cè)設(shè)備的測(cè)量值（含允差檢定結(jié)果）檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)工業(yè)鉑熱電阻水三相點(diǎn)24.8440冰點(diǎn)槽內(nèi)24.842

16、9100.037810034.6005138.5380允差檢定結(jié)果如下：修正值： 測(cè)量偏差： 溫度系數(shù)：=0.003848659-1，=-1。符合A級(jí)要求。a)同一臺(tái)電測(cè)設(shè)備測(cè)量和的不確定度評(píng)估因，用同一臺(tái)電測(cè)設(shè)備測(cè)量和時(shí)，測(cè)量結(jié)果具有相關(guān)性。對(duì)的全微分：的最大誤差為，估計(jì)為均勻分布，則檢定0時(shí)： 檢定100時(shí)： 估計(jì)相對(duì)不確定度為10%，則其自由度。b) 由電測(cè)設(shè)備測(cè)量，而直接引用檢定證書中的給出值時(shí)的不確定度評(píng)估，由于和是用不同電測(cè)設(shè)備測(cè)量的，測(cè)量誤差之間互不相關(guān)，因此，可用方差的合成的辦法得到：=10mK為檢定周期內(nèi)的穩(wěn)定性。按上述得到的是測(cè)量的最大誤差，可按均勻分布估計(jì)，則檢定0時(shí)：檢

17、定100時(shí)：估計(jì)相對(duì)不確定度為10%，則其自由度。E.6.3 測(cè)量電流引起自熱帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和B類不確定度二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在冰點(diǎn)槽的檢定過程中自熱最大不超過4mK，可作均勻分布處理，。則=2.31mK。檢定100時(shí)，由于在較高溫度流動(dòng)介質(zhì)的恒溫槽中，自熱影響可以忽略不計(jì)，則=0.00mK。上述估計(jì)的相對(duì)不確定度為10%，則其自由度。E.6.4 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和的評(píng)定由于和是二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定證書中給出的，引起溫度的不確定度可以用周期穩(wěn)定性來評(píng)估（B類不確定度），分別為10mK和14mK，按均勻分布估計(jì)，則=5.77mK，=8.08mK。估計(jì)相對(duì)不確定度為5%

18、，則其自由度。E.6.5 u()和u()的計(jì)算由于上述4個(gè)不確定度之間相互獨(dú)立，因此合成為a) 重新測(cè)量時(shí)的合成結(jié)果檢定0時(shí)： 檢定100時(shí)： b) 直接用證書給出值時(shí)的合成結(jié)果檢定0時(shí)： 檢定100時(shí)： E.7 合成不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表E.4和表E.5。表E.4 0測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總標(biāo)準(zhǔn)不確定度不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度值/mK靈敏系數(shù)不確定度分量自由度116.5353.3測(cè)量重復(fù)性0.7969插孔間溫差0.0012電測(cè)設(shè)備誤差16.2550自熱影響2.9512-16.51(測(cè)量得到)22.04(證書給出)152.359.8標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性1.94100電測(cè)設(shè)備誤差0.00

19、(測(cè)量得到)21.06(證書給出)50自熱影響2.3150標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻穩(wěn)定性5.77100 表E.5 100測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總標(biāo)準(zhǔn)不確定度不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度值/mK靈敏系數(shù)不確定度分量自由度124.2361.6測(cè)量重復(fù)性0.5769插孔間溫差8.1612電測(cè)設(shè)備誤差22.6050自熱影響3.0412-18.67(測(cè)量得到)29.27(證書給出)128.658.7標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻復(fù)現(xiàn)性1.32100電測(cè)設(shè)備誤差2.84(測(cè)量得到)28.10(證書給出)50自熱影響0.0050標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻穩(wěn)定性8.08100由于各不確定度分量之間相互獨(dú)立。因此，不確定度合成為a) 由測(cè)量得到時(shí)檢定0時(shí)： ，取整為50；檢定100時(shí)： ，取整為50。b) 由證書直接用證書給出值時(shí)檢定0時(shí)： ，取整為100；檢定100時(shí)： ，取整為100。E.8 擴(kuò)展不確定度a) 重新測(cè)量得到時(shí)取估計(jì)值的置信概率為95%。，則。檢定0時(shí)：，=2.01；檢定100時(shí)：，=2.01。b) 直接用證書的給出值時(shí)取估計(jì)值的置信概率為95%。，則。檢定0時(shí)：