比較法校準精密鉑電阻溫度計的探討

姚麗芳 陳 宇 朱家良

(上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 201203)

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比較法校準精密鉑電阻溫度計的探討

姚麗芳 陳 宇 朱家良

(上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 201203)

介紹了在0～419.527℃范圍內(nèi)采用比較法對100℃時電阻比大于等于1.3925的精密鉑電阻溫度計進行校準和直接采用簡化公式進行參數(shù)計算的可行性。

精密鉑電阻溫度計；比較法；1990年國際溫標

0 引言

精密鉑電阻溫度計是利用鉑電阻隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的精密儀器，其感溫元件由無應(yīng)力退過火的鉑絲制成。精密鉑電阻溫度計元件的結(jié)構(gòu)特征與標準鉑電阻溫度計類似，穩(wěn)定性、準確度介于二等標準鉑電阻溫度計與工業(yè)鉑電阻溫度計之間，且100℃時電阻比W100℃≥1.3925。

精密鉑電阻溫度計形狀多變、抗震性強，在國外，已替代標準水銀溫度計并部分替代二等標準鉑電阻溫度計，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場校準領(lǐng)域，國內(nèi)近十年來也已大量引進。

長桿精密鉑電阻溫度計可以參照標準鉑電阻溫度計采用定點法校準，短桿精密鉑電阻溫度計由于長度、形狀及量程限制，無法完全采用定點法，則應(yīng)探求采用比較法校準的可能性。

1 比較法校準精密鉑電阻溫度計的實踐

為了驗證比較法校準精密鉑電阻溫度計的可行性，我們在同一天分別采用定點法和比較法對6支長桿精密鉑電阻溫度計在鋅凝固點(419.527℃)和錫凝固點(231.928℃)進行了比對試驗。

1.1 實驗設(shè)備

1)定點爐裝置：鋅凝固點爐、錫凝固點爐和水三相點裝置，符合一等裝置要求。

2)標準器：一等標準鉑電阻溫度計。

3)電測設(shè)備：1594電橋，最大允許誤差±4×10-6。

4)溫度比較裝置：在231℃采用了添置等溫塊的RTS-300A恒溫油槽；在420℃采用了K12型基準計量比較爐。具體技術(shù)指標見表1。

表1 溫度比較裝置技術(shù)指標

1.2 試驗過程

首先用定點法進行校準，完全參照JJG 160—2007《標準鉑電阻溫度計》檢定規(guī)程進行操作。

(1)

Wt′=Rt′/Rtp

(2)

1.3 試驗數(shù)據(jù)

為了提高數(shù)據(jù)可靠性，我們在6天用比較法對所有溫度計做了6遍復(fù)現(xiàn)性。試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 定點法、比較法比對結(jié)果

試驗證明，定點法和比較法在鋅凝固點最大差值為6.3mK，復(fù)現(xiàn)性s優(yōu)于3.0mK；在錫凝固點最大差值為2.4mK，復(fù)現(xiàn)性s優(yōu)于2.0mK，符合JJF 1178—2007規(guī)定的一等鉑電阻溫度計標準裝置復(fù)現(xiàn)性要求。

2 比較法數(shù)學模型

由于精密鉑電阻溫度計計量特性同標準鉑電阻溫度計相似，采用比較法校準時，可以采用兩種公式進行計算。一種是1990年國際溫標推薦使用公式，一種是簡化公式。

2.1 1990年國際溫標推薦使用公式

根據(jù)1990年國際溫標，0～419.527℃溫度范圍內(nèi)標準鉑電阻溫度計的偏差函數(shù)為式(3)。其中，系數(shù)a和b分別由溫度計在鋅、錫凝固點測得的電阻比Wt計算求得。

ΔWt=Wt-Wrt=a(Wt-1)+b(Wt-1)2

(3)

式中：ΔWt為標準鉑電阻溫度計的偏差函數(shù)；Wrt為標準鉑電阻溫度計的參考函數(shù)。

對于采用比較法校準的溫度計，可以通過對偏離固定點溫度進行修正，用解析法計算出該溫度計的系數(shù)a、b和WZn、WSn：

WtZn-WrtZn=a[WtZn-1]+b[WtZn-1]2

(4)

WtSn-WrtSn=a[WtSn-1]+b[WtSn-1]2

(5)

2.2 簡化公式

由于標準和被校溫度計的鉑絲純度基本一致，dW/dt的分散性很小，因此，可直接采用式(6)計算被校溫度計的WZn、WSn。

(6)

(7)

由于比較法試驗偏離固定點溫度不超過±0.5℃，公式簡化后實際在鋅凝固點和錫凝固點僅帶來0.15mK的偏差。

2.3 兩種數(shù)學模型計算結(jié)果的比較

采用1990年國際溫標推薦使用式(3)和式(7)分別計算被校溫度計的WZn和WSn，數(shù)據(jù)見表4。

表4 式(3)和式(7)計算結(jié)果的比較

經(jīng)大量計算，采用式(3)和式(7)計算WZn最大相差1.1mK，WSn最大相差0.5mK，滿足精密鉑電阻溫度計采用比較法測量擴展不確定度優(yōu)于15mK，k=2的要求。

3 結(jié)束語

實踐證明，在0～419.527℃范圍內(nèi)對特殊規(guī)格精密鉑電阻溫度計可以采用比較法替代定點法進行校準，采用簡化公式替代1990年國際溫標推薦使用公式進行參數(shù)計算是可行的，但在不確定度評定中應(yīng)合理考慮兩種方法和兩種公式帶來的差異。

[1] 姚麗芳，陳宇，朱家良，等.標準鉑電阻溫度計用比較法替代定點法分度的探討.工業(yè)計量，2013(5)

[2] 1990年國際溫標宣貫手冊.中國計量出版社，1990

[3] 邱萍，瞿詠梅，張哲，王玉蘭.用鋅凝固點和水沸點檢定二等標準鉑電阻溫度計的擴展不確定度評定.現(xiàn)代計量測試，2000(3)[4] JJG 160—2007標準鉑電阻溫度計檢定規(guī)程.中國計量出版社，2007

[5] JJF 1178—2007用于標準鉑電阻溫度計的固定點裝置校準規(guī)范.中國計量出版社，2007

[6] 鎖凱聲.中溫標準鉑電阻溫度計測量誤差的計算方法.計量技術(shù)，1997(12)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.18