檢定規(guī)程更新的解讀及解決方案

美國(guó)福祿克公司

2010年9月6日，新的JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》正式公布，同時(shí)，新的JJG161-2010 《標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定規(guī)程》也正式公布。這兩個(gè)規(guī)程于2011 年3 月6 日開(kāi)始正式實(shí)施。

這兩個(gè)新的檢定規(guī)程和舊的規(guī)程相比有哪些變化？對(duì)檢定工作究竟有哪些實(shí)際的影響？對(duì)此做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹和分析。

1 JJG229-2010 的主要變化

1.1 鉑電阻等級(jí)的變化

隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度要求有所提高。因此在新的規(guī)程里，對(duì)舊版規(guī)程中的A、B兩個(gè)等級(jí)的工業(yè)鉑電阻中增加了AA 級(jí)和C 級(jí)工業(yè)鉑電阻。

1.2 水三相點(diǎn)值的測(cè)量

對(duì)于工業(yè)鉑電阻的檢定，舊規(guī)程規(guī)定使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻作為標(biāo)準(zhǔn)器來(lái)檢定A 級(jí)和B級(jí)工業(yè)鉑電阻，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻只要送檢，符合要求即可。在誤差計(jì)算中直接使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻送檢證書(shū)上的水三相點(diǎn)值。而在新的規(guī)程中，這一點(diǎn)做了很大的修改。作為標(biāo)準(zhǔn)器的二等鉑電阻除了需要送檢合格之外，在檢定工業(yè)AA 級(jí)和A 級(jí)鉑電阻之前，必須再次實(shí)測(cè)二等鉑電阻的水三相點(diǎn)值，而使用這個(gè)實(shí)測(cè)值進(jìn)行最后的數(shù)據(jù)計(jì)算。

1.3 測(cè)溫儀表準(zhǔn)確度指標(biāo)的變化

9210 迷你型水三相點(diǎn)維護(hù)裝置

1560 型堆棧式測(cè)溫儀

由于需要直接測(cè)量二等鉑電阻的水三相點(diǎn)值，同時(shí)AA 級(jí)鉑電阻的準(zhǔn)確度要求也比較高。因此要求測(cè)溫儀的準(zhǔn)確度更高。所以新規(guī)程的要求是，檢定A 級(jí)和AA 級(jí)鉑電阻時(shí)要使用0.005 級(jí)及以上測(cè)溫儀，也就是測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度是5×10-5。由于實(shí)際測(cè)量的是電阻值，因此應(yīng)該理解為電阻的測(cè)量準(zhǔn)確度。目前多使用的是通用六位半和七位半臺(tái)式數(shù)字多用電表。這些數(shù)字多用電表給出的最佳準(zhǔn)確度實(shí)際上是直流電壓的測(cè)量準(zhǔn)確度，而其電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度幾乎無(wú)一例外都大于這個(gè)值。

1.4 結(jié)果的計(jì)算和評(píng)價(jià)

1998 年版工業(yè)鉑電阻規(guī)程中，對(duì)于R0 和R100的計(jì)算，大量使用了電阻相對(duì)于溫度的微分值，如dR/dt，算法顯得繁瑣。2010 版規(guī)程中，使用電阻比W 值來(lái)描述，公式更加簡(jiǎn)單。這里值得一提的是，公式的修改給部分人員造成迷惑，以為計(jì)算方法變了，計(jì)算結(jié)果也不同了。實(shí)際上，雖然計(jì)算公式在形式上有所改變，但前后兩版的公式實(shí)際上是可以互相推導(dǎo)出來(lái)的，計(jì)算得到的結(jié)果是相同的。

在對(duì)計(jì)算結(jié)果的評(píng)價(jià)上，新規(guī)程有了明顯的變化。以前主要是看α值是否合格，新版規(guī)程不僅要評(píng)價(jià)α值，同時(shí)也要評(píng)價(jià)R0和R100，三個(gè)值都合格才算合格。這實(shí)際上提高了對(duì)于工業(yè)鉑電阻的要求，有利于保證工業(yè)生產(chǎn)中溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2 JJG161-2010 的主要變化

2.1 等級(jí)合并，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

JJG161-2010替代了原有的一等和二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)規(guī)程，將二者合為一體，并進(jìn)行了修訂。也就是說(shuō)以后不再有一等水銀和二等水銀的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一合并稱為標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)。檢定標(biāo)準(zhǔn)器統(tǒng)一為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度提高

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)器二等鉑電阻的電測(cè)儀器測(cè)量相對(duì)誤差的要求從原版規(guī)程的1×10-4提高到3×10-5，因?yàn)闇囟葴y(cè)量?jī)x表是用來(lái)檢測(cè)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的水三相點(diǎn)值，因此同樣要理解成電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

2.3 水三相點(diǎn)值的測(cè)量

新版水銀溫度計(jì)規(guī)程要求必須配備水三相點(diǎn)測(cè)量裝置，來(lái)實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的Rtp值，并且要求使用實(shí)測(cè)的Rtp計(jì)算實(shí)際溫度。這一點(diǎn)和新的鉑銅熱電阻的規(guī)程相同，只是準(zhǔn)確度更加高。

3 新規(guī)程對(duì)設(shè)備和儀表產(chǎn)生的影響

3.1 配備水三相點(diǎn)

如果要檢定A 和AA 級(jí)工業(yè)鉑電阻，必要條件就是需要配備水三相點(diǎn)，用來(lái)實(shí)測(cè)二等鉑電阻的水三相點(diǎn)值，這樣才能檢定AA 和A 級(jí)鉑電阻。實(shí)測(cè)的水三相點(diǎn)值要參與接下來(lái)的誤差計(jì)算。因此如果沒(méi)有水三相點(diǎn)設(shè)備（包括測(cè)量?jī)x表）的計(jì)量單位，今后就不能檢定AA 級(jí)和A 級(jí)工業(yè)鉑電阻了，或者說(shuō)不能建標(biāo)檢定AA 和A 級(jí)。

3.2 電測(cè)儀器的準(zhǔn)確度要高

由于兩個(gè)新的規(guī)程都要求實(shí)測(cè)二等鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)器的水三相點(diǎn)值，因此對(duì)電測(cè)儀器的準(zhǔn)確度要比以前高很多。規(guī)程中規(guī)定，鉑電阻規(guī)程要求是5×10-5，水銀溫度計(jì)是3×10-5。目前大部分的鉑電阻檢定系統(tǒng)中使用的都是數(shù)字多用電表，而不是專用的測(cè)溫儀。如果使用數(shù)字多用電表，根據(jù)規(guī)程要求，其分辨力達(dá)到0.1 mΩ 的電阻值，所以必須要使用七位半以上的數(shù)字多用電表。而且，即便是分辨力達(dá)到七位半，也不代表其電阻測(cè)量準(zhǔn)確度能達(dá)到0.005級(jí)（即5×10-5）的水平。所以，評(píng)價(jià)測(cè)溫儀表是否滿足新規(guī)程的要求，除了滿足一年期電阻準(zhǔn)確度5×10-5的要求之外，還有分辨力的要求。

3.3 對(duì)于水銀溫度計(jì)檢定

由于取消了一等和二等的劃分，且必須全部使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻作為標(biāo)準(zhǔn)器來(lái)對(duì)水銀溫度計(jì)進(jìn)行檢定。同樣，如果建標(biāo)檢定水銀溫度計(jì)，需要配置水三相點(diǎn)以及滿足3 ×10-5的測(cè)溫儀表。這樣儀表測(cè)量準(zhǔn)確度的要求就高于鉑電阻規(guī)程的要求。

根據(jù)上面的介紹，這里的關(guān)鍵點(diǎn)就是兩個(gè)：第一是建標(biāo)必須有水三相點(diǎn)。第二測(cè)溫儀表必須達(dá)到5×10-5（高于鉑電阻）或3×10-5（水銀溫度計(jì)）。其實(shí)規(guī)程中還要求測(cè)溫儀表需要有換向測(cè)量的功能。所以基于上面的要求，目前市場(chǎng)上的六位半、七位半臺(tái)式數(shù)字多用電表都無(wú)法滿足要求。因此可以的選擇就是八位半數(shù)字多用電表或者專用的測(cè)溫儀。所以通過(guò)七位半數(shù)字多用電表達(dá)到新規(guī)程的要求基本上是不可能的。

7321 沈井臺(tái)式恒溫槽

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4 現(xiàn)狀以及選擇

4.1 現(xiàn)狀

目前大部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)所選擇的國(guó)內(nèi)的溫度檢定系統(tǒng)大都是熱電偶和工業(yè)鉑電阻在一起的系統(tǒng)。少數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的熱電偶和鉑電阻檢定系統(tǒng)是分別獨(dú)立的。目前國(guó)內(nèi)大約有10 家以上的公司可以提供這類溫度檢定系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上基本一樣，包括高溫爐、恒溫槽、數(shù)字多用電表、開(kāi)關(guān)等。而這些基本的設(shè)備很多都不是自己生產(chǎn)，而是從第三方公司采購(gòu)而來(lái)的。這些公司只是將其這些產(chǎn)品集成在一起，編寫(xiě)一個(gè)軟件而已。因此，目前市場(chǎng)上所有使用數(shù)字多用電表的溫度檢定系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)是可以滿足新的規(guī)程對(duì)A 和AA 級(jí)鉑電阻檢定要求。此外這些公司也不提供水三相點(diǎn)。有些供應(yīng)商聲稱可以更換系統(tǒng)中的數(shù)字多用電表升級(jí)來(lái)滿足新規(guī)程的要求，從前面的分析看是不現(xiàn)實(shí)的，或者是不可能的，除非更換八位半數(shù)字多用電表，其代價(jià)是接近10 萬(wàn)人民幣的價(jià)格或者更高，此外沒(méi)有其他的選擇。

4.2 選擇

1) 更換整個(gè)系統(tǒng)，包括熱電偶和鉑電阻，例如采用福祿克的溫度檢定系統(tǒng)。

2) 更換鉑電阻檢定部分，因?yàn)樾乱?guī)程只涉及工業(yè)鉑電阻，所以可以用原來(lái)的系統(tǒng)繼續(xù)做熱電偶的檢定，而采用新的系統(tǒng)，例如福祿克的鉑電阻檢定系統(tǒng)來(lái)支持新的規(guī)程。

3) 還有一個(gè)選擇就是降級(jí)A 級(jí)鉑電阻至B 極，今后不再使用A 級(jí)以上的鉑電阻。這樣就無(wú)需升級(jí)測(cè)溫儀以及增加水三相點(diǎn)。但是對(duì)那些專業(yè)的計(jì)量單位，例如省計(jì)量院或者市計(jì)量所，這種選擇肯定是不適合的。

5 選型注意事項(xiàng)

5.1 水三相點(diǎn)問(wèn)題

水三相點(diǎn)由兩部分組成，水三相點(diǎn)瓶和保存裝置。瓶子是用來(lái)凍制水三相點(diǎn)，凍制好了以后放入保存裝置保存。從體積來(lái)說(shuō)，水三相點(diǎn)有大型和小型之分。大型水三相點(diǎn)插入深度深，保存的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，主要用于一等鉑電阻和二等鉑電阻的檢定。通常體積大，只能在實(shí)驗(yàn)室使用，價(jià)格相對(duì)比較貴。小型的水三相點(diǎn)體積小，瓶子也相對(duì)小，保存時(shí)間短，使用方便，可以帶到現(xiàn)場(chǎng)使用，價(jià)格相對(duì)便宜。針對(duì)新的鉑電阻檢定規(guī)程的要求，小型水三相點(diǎn)就足以滿足要求，并且較大型水三相點(diǎn)使用更加方便。

關(guān)于水三相點(diǎn)的選擇主要考慮實(shí)用的問(wèn)題。因?yàn)槎嗄暌郧安簧儆脩粼?jīng)配備過(guò)水三相點(diǎn)瓶，但是后來(lái)都放棄，沒(méi)有再使用。其重要原因就是不夠?qū)嵱?。如果是選擇大型水三相點(diǎn)，其主要目的是檢定（注意不是檢測(cè)或者監(jiān)測(cè)）一等或者二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。大型水三相點(diǎn)的制作時(shí)間通常比較長(zhǎng)，也顯得繁瑣一些。因此，如果凍制一次可以堅(jiān)持30 d甚至60 d的時(shí)間，就比較實(shí)用。現(xiàn)在有些水三相點(diǎn)好像制作起來(lái)挺簡(jiǎn)單，但是實(shí)際上制作時(shí)需要4 h，再加上穩(wěn)定時(shí)間1～2 h，加起來(lái)需要6～7 h以上才能使用，而保存時(shí)間也只有2 d，那么這就顯示不很實(shí)用，最終也就會(huì)放棄不用了。

1594 超級(jí)精密電阻測(cè)溫儀

如果是選擇小型水三相點(diǎn)，其凍制時(shí)間在1 h以內(nèi)或者更短，保存時(shí)間在5 h，那么每天用，每天凍制就顯示非常方便。福祿克目前提供兩種水三相點(diǎn)方案，大型或者小型。大型的用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的檢定，凍制需要1 d（達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)），可以保存至少30 d，最長(zhǎng)可達(dá)60 d以上。小型的水三相點(diǎn)主要是用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，凍制只需要0.5 h，保存時(shí)間在5 h以上。因此當(dāng)天制作當(dāng)天用，非常方便，也特別適合于兩個(gè)新規(guī)程的要求。

5.2 測(cè)溫儀的問(wèn)題

根據(jù)新的規(guī)程，目前市場(chǎng)上的所有六位半數(shù)字多用電表，包括七位半的數(shù)字多用電表，其電阻的測(cè)量準(zhǔn)確度都不能滿足新規(guī)程關(guān)于AA 和A 級(jí)鉑電阻以及水銀溫度計(jì)新規(guī)程檢定的要求。因此只能重新考慮測(cè)溫儀表。

關(guān)于測(cè)溫儀表大體有三種選擇：

第一種選擇是繼續(xù)選擇通用型的數(shù)字多用電表。由于新規(guī)程的要求比較高，因此可以選擇的數(shù)字多用電表不是很多，目前主要就是八位半的數(shù)字多用電表。當(dāng)然最理想的是福祿克的8508A。這是一款計(jì)量專用數(shù)字多用電表，它具有很多專門用于計(jì)量的功能。所以不論是電學(xué)還是熱工，它都是最好的選擇。它除了是目前世界上準(zhǔn)確度最高的數(shù)字多用電表之外，還內(nèi)置了很多專門用于鉑電阻溫度測(cè)試的功能。例如三四線測(cè)量，輸入溫度的參數(shù)，內(nèi)置ITS90 溫標(biāo)，顯示溫度等。由于其價(jià)格相對(duì)比較貴，因此比較適合于省計(jì)量院熱工所，地市級(jí)計(jì)量所熱工室使用。而企業(yè)內(nèi)的計(jì)量部門可以選擇價(jià)格適中的儀表。

第二種選擇是選擇專用的測(cè)溫儀。由于數(shù)字多用電表不是專用的測(cè)溫儀表，所以考慮到準(zhǔn)確度和方便性，可以直接選擇專用的測(cè)溫儀，例如福祿克的1529、1560等。由于這些儀表是專門為溫度測(cè)量所設(shè)計(jì)的，其準(zhǔn)確度、顯示、數(shù)據(jù)的處理等都完全滿足測(cè)溫以及溫度檢定規(guī)程的要求。這些儀表之間的主要區(qū)別就是通道數(shù)量的多少、是否有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、曲線繪制等。如果是專業(yè)的溫度計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，首選是專用的測(cè)溫儀，而不是數(shù)字多用電表，因其可以滿足很多季候的各種計(jì)量校準(zhǔn)需求以及適應(yīng)規(guī)程的變化。

第三種選擇是選擇更加高級(jí)的測(cè)溫儀表，包括電橋或者電橋級(jí)別的測(cè)溫儀。這類儀表通常都超出了新的鉑電阻檢定規(guī)程的需要，主要是用來(lái)檢定一等和二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻所需要的昂貴測(cè)溫儀表。由于高等級(jí)電橋（通常價(jià)格在40萬(wàn)人民幣以上，考慮外置標(biāo)準(zhǔn)參考電阻和恒溫槽等，總體價(jià)格在50萬(wàn)人民幣以上），操作復(fù)雜，測(cè)量的速度很慢，所以要考慮其實(shí)用性。而低于30萬(wàn)人民幣的普通測(cè)溫電橋基本上就無(wú)需考慮。福祿克最新的超級(jí)測(cè)溫電橋是采用最新一代技術(shù)而研制出來(lái)的新型測(cè)溫，徹底改變了傳統(tǒng)電橋的操作復(fù)雜、測(cè)量速度慢等缺點(diǎn)，所以具有極高的性能價(jià)格比。

5.3 推薦方案

針對(duì)最新的規(guī)程，福祿克計(jì)量校準(zhǔn)部特別定制了兩個(gè)方案（見(jiàn)表1），可以供不同的用戶根據(jù)自己的工作性質(zhì)、工作量以及經(jīng)費(fèi)進(jìn)行選擇。

表1 選擇方案

以上方案均采用小型水三相點(diǎn)瓶，其特點(diǎn)是自動(dòng)凍制，隨用隨凍，且插入深度足夠；測(cè)溫儀表攜帶方便，可以在現(xiàn)場(chǎng)檢定。

福祿克提供的方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這兩個(gè)，如果需要更高的準(zhǔn)確度，更多的通道等，還可以選擇大型水三相點(diǎn)瓶及其保存裝置，以及多通道多功能的堆棧式測(cè)溫儀1560。

1502A 便攜式測(cè)溫儀