電熱恒溫水浴鍋校準(zhǔn)裝置計量新建標(biāo)技術(shù)分析

武進福

臨汾市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所 山西 臨汾 041000

1 建立計量標(biāo)準(zhǔn)的目的

近年來隨著我市工業(yè)化速度的加快，許多化驗室配備的電熱恒溫水浴鍋等都急需校準(zhǔn)用以保證企業(yè)生產(chǎn)的正常進行，并且一些公共事業(yè)單位的實驗室也有大批的此類設(shè)備需要校準(zhǔn)，JJF(晉)28－2018《電熱恒溫水浴鍋鍋校準(zhǔn)規(guī)范》實施后，我所具備了建立此項標(biāo)準(zhǔn)的條件，因此我們認(rèn)為我市應(yīng)建立此項社會公用標(biāo)準(zhǔn)以保證電熱恒溫水浴鍋量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一。

2 計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成

計量標(biāo)準(zhǔn)是由一臺溫濕場測量記錄儀和多支四線制鉑電阻溫度傳感器組成，測量時將多支鉑電阻傳感器放入水浴鍋內(nèi)，上下左右中間，盡量使其公布均勻，然后啟動環(huán)境實驗設(shè)備，當(dāng)設(shè)備內(nèi)的溫度達預(yù)定值并且穩(wěn)定平衡后，每隔一個固定時間測量一次，各測量點的溫度數(shù)值，如此反復(fù)測量多次，之后將所測得的大量數(shù)據(jù)運用校準(zhǔn)規(guī)范中的程序進行數(shù)據(jù)處理，從而得出最后的校準(zhǔn)結(jié)果。

3 計量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

測量范圍：(0～100)℃

擴展不確定度：U＝0.3℃，k＝2

4 環(huán)境環(huán)境要求

溫度要求：(15～35)℃，濕度要求：不大于85%RH

5 計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核

選一臺無錫市計量科學(xué)研究所生產(chǎn)的電熱恒溫水浴鍋(型號：DZK W－4、編號：01)

方法：用計量標(biāo)準(zhǔn)在60℃點進行一組10次的測量，取其算術(shù)平均值作為該組的測量結(jié)果如下表所示。

2019年1月 1日測量數(shù)據(jù)為(℃)：

60.21， 60.22，60.22，60.23，60.32，60.31，60.30，60.32，60.23，60.20，平 均 值為60.26；

2019年02月 20日測量數(shù)據(jù)為(℃)：

60.22， 60.19，60.22，60.23，60.34，60.38，60.3，60.3，60.2，60.21，平 均 值 為60.26；

2019年04月 14日測量數(shù)據(jù)為(℃)：60.21，60.25，60.28，60.3，60.35，60.38，60.3，60.32，60.23，60.26，平 均 值 為60.29；

2019年05月 20日測量數(shù)據(jù)(℃)：

60.26， 60.28，60.30，60.32，60.38，60.40，60.35，60.37，60.32，60.4，平 均 值為60.34；

計量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性： 60.34－60.26＝0.08℃

在60℃時，標(biāo)準(zhǔn)器鉑電阻的最大允許誤差MPEV＝0.15＋0.002×60＝0.27℃

0.008℃ ＜MPEV＝0.27℃

結(jié)論：符合要求

6 重復(fù)性試驗

選一臺溫度特性比較穩(wěn)定的水浴鍋，型號DZK W－4、編號：01，做計量標(biāo)準(zhǔn)的測量重復(fù)性試驗，將電熱恒溫水浴鍋啟動預(yù)置為60℃，把鉑電阻溫度傳感器置于工作空間的中心固定好，蓋上水浴鍋蓋溫度穩(wěn)定后，連續(xù)測量了10次，數(shù) 據(jù) 如 下：60.2660.2860.3060.3260.3860.4060.3560.3760.3260.4060.34。

本裝置的測量重復(fù)性為0.047℃。

7 電熱恒溫水浴鍋溫度偏差的測量不確定度分析

7.1 概述

(1)測量依據(jù)：JJF(晉)20－2018《電熱恒溫水浴鍋校準(zhǔn)規(guī)范》。

(2)環(huán)境條件：室溫(15～35)℃，相對濕度不大于85%RH

(3)測量標(biāo)準(zhǔn)：溫場測試儀DNW091，

(4)其修正值的測量結(jié)果不確定度(－60～300)℃：U＝0.3℃，k＝2

(5)被測對象：電熱恒溫水浴鍋，型號DZK W－4、編號：01

測量過程：采用直接測量法進行測量。將水浴鍋加熱溫度設(shè)定在被校溫度點。布置測溫點：O點位于工作區(qū)的幾何中 心，其余各測溫點到水浴鍋內(nèi)壁的距離為各自邊長的1/10。溫度傳感器離擱板20 mm。水浴鍋升到設(shè)定溫度穩(wěn)定后，開始測量。在30 min內(nèi)，每隔3 min測量1次，共測 量11次，記錄各測溫點和水浴鍋顯示的溫度值。然后進行溫度偏差計算。

7.2 數(shù)學(xué)模型：

△td＝td－to-tX

式中：△td—溫度偏差℃；

td—水浴鍋顯示溫度平均值℃；

to—溫濕場測量記錄儀顯示溫度℃；

tX—溫度測量裝置的修正值(整體校準(zhǔn))℃

7.3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定：

7.3.1 輸入量td的標(biāo)準(zhǔn)u1的評定：

td項引入的不確定度：主要由顯示儀表的分辨力引入。

電熱恒溫水浴鍋的分辨力為0.1℃，讀數(shù)區(qū)間的半寬度為分辨力的一半，即a＝0.1/2＝0.05℃，

按均勻分布處理，則u1＝0.05/＝0.029℃

7.3.2 to項引入的不確定度：

to項引入的不確定度主要由測量重復(fù)性引入。的60℃時對電熱恒溫水浴鍋作11次重復(fù)測量，的工作區(qū)間幾何中心讀取溫度示值，測得值 為(℃)：60.1、60.2、60.3、60.4、60.5、60.4、60.3、60.2、60.1、60.2、60.2，根 據(jù) 貝 塞 爾 公 式，s＝0.0128，u2＝＝0.033℃

7.3.3 t X項引入的不確定度：

tX項引入的不確定度，主要由溫濕度測量記錄儀的修正值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3

由標(biāo)準(zhǔn)器溫濕場測量記錄儀校準(zhǔn)證書可知，，它的擴展不確定度U＝0.30℃，k＝2，以正態(tài)分布計算，u3＝0.30/2＝0.15℃.

7.4 .合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定中，公式△td＝td－to-tX中td、to、tX，相互獨立，因而得到

被測設(shè)備儀儀表讀數(shù)重復(fù)性 u1＝0.029℃，濕濕場測量記錄儀讀數(shù)重復(fù)性u2＝0.033，溫濕場測量記錄儀儀本身誤差u3＝0.15

7.5 擴展不確定度U

取包含因子為2，則溫度擴展不確定度U＝k·u＝2×0.16＝0.3℃，k＝2。

8 校準(zhǔn)結(jié)果的驗證

采用傳遞比較法，用本計量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量一臺溫度特性比較穩(wěn)定的水浴鍋，編號為：1，測量數(shù)據(jù)如下：

(1)經(jīng)測試，儀表顯示為60.0℃時，本校準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果為59.5℃，擴展不確定度為U＝0.3℃，k＝2

(2)將此水浴鍋送上級技術(shù)機構(gòu)，也在儀表顯示為60.0℃這點校準(zhǔn)，上級的測量結(jié)果是59.7℃U＝0.3℃，k＝2

9 結(jié)論

經(jīng)過以穩(wěn)定性試驗、重復(fù)性試驗、測量不確定度評定和校準(zhǔn)結(jié)果的驗證，本校準(zhǔn)裝置符合JJF1033－2016《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》和JJF(晉)28－2018《電熱恒溫水浴鍋校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，可以開展水浴鍋的校準(zhǔn)工作。