基于固定點(diǎn)法的數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量不確定度分析

【摘要】采用固定點(diǎn)裝置對(duì)數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，能夠有效提升校準(zhǔn)不確定度水平。本文對(duì)基于固定點(diǎn)裝置的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了描述，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，采用固定點(diǎn)裝置對(duì)數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)能夠有效提高不確定度水平，有利于高精度數(shù)字溫度計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字溫度計(jì)；固定點(diǎn)；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.070

Analysis of Measurement Uncertainty of Digital Thermometer Based on Fixed Point Method

WANG Haitao

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract： The calibration of digital thermometers using a fixed-point device can effectively improve the calibration uncertainty level. This paper describes the calibration method based on the fixed-point device and analyzed the uncertainty of the calibration results. The results show that the calibration of digital thermometers using fixed-point devices can effectively improve the level of uncertainty， which was conducive to the development of high-precision digital thermometer technology and the expansion of application scenarios.

Keywords： digital thermometer； fixed point device； uncertainty

0引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)需求不斷增加以及儀表技術(shù)水平不斷提高，高精度數(shù)字溫度計(jì)在精密測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于數(shù)字溫度計(jì)具有便攜性以及讀數(shù)便捷性，對(duì)技術(shù)人員的要求遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)和精密水銀溫度計(jì)，因而高精度數(shù)字溫度計(jì)在某些領(lǐng)域有替代水銀溫度計(jì)的趨勢(shì)。

近幾年，隨著工業(yè)水平的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)?shù)字溫度計(jì)的要求不斷提高，生產(chǎn)廠商為了滿足市場(chǎng)的需求，不斷提升數(shù)字溫度計(jì)的精度。這就使得高精度數(shù)字溫度計(jì)成了數(shù)字溫度計(jì)的重要細(xì)分市場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)于數(shù)字溫度計(jì)的計(jì)量要求也隨之不斷提升。為了生產(chǎn)精度高、穩(wěn)定性好的數(shù)字溫度計(jì)，一些廠商通過(guò)篩選穩(wěn)定性好的工業(yè)鉑熱電阻，并標(biāo)定a、b、c系數(shù)，將系數(shù)寫入儀表，以提升數(shù)字溫度計(jì)的整體測(cè)量精度。還有一些生產(chǎn)商則直接使用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作為測(cè)溫傳感器，將高精度數(shù)字溫度表作為測(cè)量和完成溫度轉(zhuǎn)換的設(shè)備，測(cè)量時(shí)首先需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，然后將a4、b4、a8、b8等參數(shù)輸入高精度數(shù)字表中，組成一整套測(cè)溫系統(tǒng)來(lái)獲得較高的測(cè)量精度。

傳統(tǒng)的基于恒溫槽提供溫場(chǎng)的測(cè)量方式受恒溫槽溫場(chǎng)穩(wěn)定性、溫場(chǎng)均勻性、標(biāo)準(zhǔn)器的漂移等因素的影響，其測(cè)量不確定度水平已經(jīng)很難滿足日益提高的校準(zhǔn)要求。而固定點(diǎn)裝置采用一系列單質(zhì)高純金屬或者非金屬，利用其在一定壓力下相變過(guò)程中的溫度相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)制成。ITS-90國(guó)際溫標(biāo)中規(guī)定了從-189.3442～961.78℃的9個(gè)固定點(diǎn)用于溫度校準(zhǔn)。固定點(diǎn)裝置具備穩(wěn)定性高、復(fù)現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，因而采用固定點(diǎn)裝置提供穩(wěn)定溫場(chǎng)成為一種較好的解決方案。

1測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法介紹

校準(zhǔn)設(shè)備采用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)及經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的一系列三相點(diǎn)裝置，溫度范圍為-189.3442～660.323℃，其基本技術(shù)指標(biāo)見表1。

被測(cè)對(duì)象是由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與高精度數(shù)字表組成的數(shù)字溫度計(jì)，其分辨力可達(dá)到0.001℃，且具有較好的重復(fù)性。

校準(zhǔn)時(shí)，將預(yù)熱15 min以上的數(shù)字溫度計(jì)的傳感器插入復(fù)現(xiàn)好的固定點(diǎn)裝置中，待讀數(shù)穩(wěn)定后（通常時(shí)間不小于20 min），讀取數(shù)據(jù)，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量4次，取平均值作為被測(cè)數(shù)字溫度計(jì)示值。

2不確定度評(píng)定

根據(jù)不確定評(píng)定理論和方法對(duì)示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

2.7不同校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量不確定度評(píng)估

對(duì)不同溫度范圍進(jìn)行不確定度評(píng)估見表3。

3結(jié)束語(yǔ)

采用固定點(diǎn)裝置提供穩(wěn)定溫場(chǎng)得到的不確定度遠(yuǎn)小于采用比較法得到的不確定度。更小的不確定度水平不但能夠使用戶更方便地開展工作，擴(kuò)展數(shù)字溫度計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，而且還可以提升數(shù)字溫度計(jì)的生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)字溫度計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展。

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【作者簡(jiǎn)介】

王海濤，男，1985年出生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闇囟扰c熱物性計(jì)量。

（編輯：李加鵬）