二等鉑電阻溫度計標準裝置技術報告.doc

一、建立計量標準的目的建立本計量標準的目的是為了更好地在企業(yè)內部開展計量標準的量傳與溯源。建立計量標準不僅會給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益，還包含著一定的社會效益（如有可能可以對外開展技術服務，增加收益），同時也標志著企業(yè)計量水平的一個方面。二、計量標準的工作原理及其組成工作原理：利用比較法將二等標準鉑電阻溫度計與工作用鉑銅熱電阻溫度計同時插入冰點槽或恒溫油槽里，待溫度穩(wěn)定后，通過測量標準鉑電阻溫度計與被檢工作用鉑銅熱電阻溫度計的值。由標準鉑電阻溫度計測量出實際溫度，然后通過計算公式，得出被檢工作用鉑電阻溫度計的值R（t）。工作原理圖如下圖（一）所示：T04型低電勢掃描開關標 被 被 被準 檢1檢2 檢n冰點槽或恒溫油槽數(shù)字多用表 圖（一）組成：二等標準鉑電阻溫度計、數(shù)字多用表、低電勢掃描開關冰點槽、恒溫油槽等。三、選用的計量標準器及主要配套設備計量標準器名 稱型 號測量范圍不確定度或準確度等級或最大允許誤差制造廠及出廠編號檢定證書號標準鉑電阻溫度計WZPB-2(0419.75)二等 昆明大方自動控制公司03198RG20081021J主要配套設備數(shù)字多用表KEITHLEY2000100-1206 1/2位美國吉時利儀器公司1131423DC20084139J恒溫油槽HWC-Y(室溫300) 溫差U=1mK k=2;波動度U=2 mK k=2 山東省計量儀器實驗廠2007027T22-20070632自動掃描開關T04U=0.1V k=2山東省計量儀器實驗廠2007008T22-20070635冰點槽自制四、計量標準的主要技術指標1、 標準鉑電阻溫度計型號：WZPB-2 準確定：二等測量范圍：（0419.75）2、 數(shù)字多用表型號：KEITHLEY2000準確定：0.005測量范圍：100-120五、環(huán)境條件項 目要 求實際情況結論溫 度（205）（222）符合規(guī)程要求濕 度80%RH75%RH符合規(guī)程要求六、計量標準的量值溯源和傳遞框圖上級社會公用計量器具一等標準鉑電阻溫度計WZPB測量范圍：（0419.527）準確度等級:一等陜西省計量科學研究院定點法和比較法本單位計量器具二等標準鉑電阻溫度計測量范圍(0419.527) 準確度等級:二等比較法工作用計量器具工業(yè)用鉑、銅熱電阻測量范圍(0500)準確度等級：工業(yè)A、B級七、計量標準的測量重復性考核計量標準的重復性通常用觀測值的實驗標準差來表示，要求是S1S，其中S1：觀測值的實驗標準差；S：不確定度評定中S值。0時，被測量對象選擇一支工業(yè)用Pt100熱電阻0為觀測點進行連續(xù)10次測量，測量得的數(shù)據(jù)如下表一所示： 表一 工業(yè)用Pt100熱電阻0測量數(shù)據(jù) 次序號12345678910測量值100.0902100.0901100.0911100.0917100.0912100.0904100.0915100.0910100.0911100.0920通過計算求得100.09103實驗標準差： 0.00070由于S1S （不確定度評定中 S7.35104） 所以重復性符合要求。100時，被測量對象選擇一支工業(yè)用Pt100熱電阻100為觀測點進行連續(xù)10次測量，測量得的數(shù)據(jù)如下表二所示： 表二 工業(yè)用Pt100熱電阻0測量數(shù)據(jù) 次序號12345678910測量值138.6542138.6541138.6541138.6547138.6542138.6544138.6545138.6549138.6547138.6550通過計算求得138.6545實驗標準差： 0.0032由于S1S （不確定度評定中 S3.4103） 所以重復性符合要求。八、計量標準的穩(wěn)定性考核用該二等標準鉑電阻溫度計對一穩(wěn)定的被測量對象工業(yè)B級鉑電阻溫度計，選擇0點為測量點，每隔4個月進行一組10次的測量，共觀測4組，各組的測得數(shù)據(jù)及測得結果如下表三所示： 表三 工業(yè)用鉑熱電阻在0時在一年內測量的四組數(shù)據(jù) 次序號12345678910平均值時間測得值 2007年7月100.0904100.094100.091100.0910100.0910100.0910100.0920100.0912100.0912100.0910100.091042007年11月100.0918100.0918100.0903100.0903100.0907100.0910100.0920100.0902100.0908100.0908100.090762008年3月100.0911100.0911100.0919100.0919100.0910100.0904100.0902100.0912100.0908100.0911100.091212008年7月100.0917100.0915100.0902100.0901100.0920100.0906100.0904100.0904100.0912100.0918100.09099 根據(jù)以上四組數(shù)據(jù)，測得穩(wěn)定性為： Imax-Imin=100.09121-100.09076=0.00045由于Imax-Imin U95=0.024 所以該標準裝置的穩(wěn)定性符合要求。用該二等標準鉑電阻溫度計對一穩(wěn)定的被測量對象工業(yè)B級鉑電阻溫度計，選擇100點為測量點，每隔4個月進行一組10次的測量，共觀測4組，各組的測得數(shù)據(jù)及測得結果如下表三所示： 表三 工業(yè)用鉑熱電阻在0時在一年內測量的四組數(shù)據(jù) 次序號12345678910平均值時間測得值 2007年8月138.7065138.7075138.7060138.7052138.7062138.7087138.7054138.7060138.7056138.7068138.706392007年12月138.7063138.7085138.7021138.7088138.7095138.7090138.7050138.7062138.7088138.7068138.707102008年4月138.7088138.7099138.7064138.7078138.7090138.7074138.7082138.7092138.7068138.7051138.707862008年8月138.7087138.7065138.7082138.7091138.7090138.7096138.7094138.7084138.7092138.7098138.70879 根據(jù)以上四組數(shù)據(jù)，測得穩(wěn)定性為： Imax-Imin=138.70879-138.70639=0.0024由于Imax-Imin U95=0.033 所以該標準裝置的穩(wěn)定性符合要求。 九、測量不確定度的評定1概述1.1 測量依據(jù)：JJG229-1998工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程。1.2 環(huán)境條件：溫度為1535、相對濕度不大于80%。1.3 測量標準：二等標準鉑電阻溫度計。測設備為KEITHLEY2000型6 1/2位數(shù)字多用表。規(guī)程規(guī)定檢定A級鉑熱電阻電測設備應引用修正值，則相對誤差為0.005%。1.4 被測量對象：工作用鉑熱電阻，測量范圍0、100，允許偏差見表（一）。 表（一）鉑熱電阻允差 等 級溫 度 0 0.35 0.15 A級 100 0.800.30 B級1.5 測量參數(shù)與測量方法測量參數(shù)為R(0)、R(100)，比較法進行測量。比較法是將二等標準鉑電阻溫度計與工作用鉑熱電阻溫度計同量插入冰點或恒溫油槽中，待溫度穩(wěn)定后通過測量標準與被檢的值，由標準算出實際溫度，然后通過公式計算得出被檢的實際值R（t）。2 數(shù)學模型 Rt=Rx+(dR/dt)tt (1)式中：Rt t溫度時被檢實際電阻值;；Rx- t溫度附近x時被檢測得的電阻值;(dR/dt)t t溫度時被檢溫度計電阻隨溫度的變化率;t 檢定槽溫度偏離檢定值。t=( Rt*- Rx*)/(dR/dt)t* (2)式中:Rt* t溫度時標準溫度計的電阻值；Rx*- x時標準溫度計測得的電阻值;(dR/dt)t* t溫度時標準溫度計電阻隨溫度的變化率;令R*=( Rt*- Rx*)，則（1）式可得 Rt=Rx+(dR/dt)t（R*（(dR/dt)t*） (3)式(3)為評定的數(shù)學模型。3輸入量的標準不確定度的評定3.1輸入Rx的標準不確定度u（Rx）的評定標準不確定度u（Rx），記作u（x），由4個不確定度分項構成。3.1.1測量的重復性u（x1）（A類標準不確定度）u（x1）是由于熱電熱勢的變化、環(huán)境溫度的波動、被檢熱電阻短期不穩(wěn)定等因素引入的誤差。為了簡化，通過重復測量綜合考慮。本檢定系統(tǒng)中用同一支標準、三支被檢作等精度多次檢定。檢定數(shù)據(jù)如表（二）所示。表（二）（a）在0時次器 號數(shù)1231100.0902100.0904100.09482100.0901100.0902100.09443100.0917100.0906100.09564100.0920100.0906100.09545100.0904100.0910100.09526100.0906100.0920100.09307100.0915100.0902100.09468100.0920100.0920100.09509100.0912100.0912100.094810100.0918100.0918100.0952平均100.09115100.091100.09480.0007575550.0007080220.000730297 合并樣本標準差sp為 7.35104 （x1）=27實際測量以4次測量值平均值為測量結果，所以 u（x1）=3.68104 （b）在100時次器 號數(shù)1231138.7065138.6597138.70482138.7080138.6608138.71443138.7072138.6574138.71564138.7078138.6622138.71545138.7070138.6595138.71526138.7074138.6588138.71307138.7077138.6620138.71468138.7074138.6609138.71509138.7077138.6599138.714810138.7069138.6632138.7152平均138.7074138.6604138.71384.610-33.410-35.610-3合并樣本標準差sp為 4.62103 （x1）=27實際測量以4次測量值平均值為測量結果，所以 u（x1）=2.311033.1.2水沸點槽或油恒溫槽插孔之間的溫差引入的標準不確定度分項u（x2）水沸點槽各插孔之間的溫差最大為0.01，油恒溫槽有幾個指標，由于被檢與標準插入同一水平，所以只需考慮水平溫差。水平溫差為0.01。不確定度區(qū)間的半寬度為a0.010.379/3.79103，在區(qū)間內可以認為均勻分布， ， 2.19103估計為10，則其自由度（x1）50。3.1.3 電測設備引入的標準不確定度分項u（x3）對A級鉑熱電阻：0時，不確定度區(qū)間的半寬為1000.0050.005，在區(qū)間內可認為均勻分布， u（x3）2.89103100時，不確定度區(qū)間的半寬為138.50.0050.0069，在區(qū)間內可認為均勻分布， u（x3）3.98103對B級鉑熱電阻：0時，不確定度區(qū)間的半寬為1000.020.02，在區(qū)間內可認為均勻分布， u（x3）0.012100時，不確定度區(qū)間的半寬為138.50.020.0277，在區(qū)間內可認為均勻分布， u（x3）0.016估計不可靠性為10，則其自由度（x3）50。3.1.4 二等標準鉑電阻溫度計不確定度引入的標準不確定度分項u（x4）0時，根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定，Rtp的檢定周期不穩(wěn)定性為5mK,合電阻4.99104,屬正態(tài)分布， u（x4）4.99104/31.66104同理，100時，根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定，Rtp的檢定周期不穩(wěn)定性為12mK,合電阻1.16103,屬正態(tài)分布， u（x4）1.16103/33.87104其估計值不可靠性為10，則其自由度（x4）50。3.1.5 水三相點并復現(xiàn)0.01引入的標準不確定度分項u（x5）u（x5）是由于水的三相點中微量殘余氣體、水是雜質、水分子中氫與氧及同位素成分的影響、靜壓力修正不準等原因引起的。中國計量科學院提供水的三相點的不確定度為0.3 mK，服從均勻分布，不確定度分量為0.17mK，合電阻值1.69105： u（x5）1.69105估計為10，則其自由度（x5）50。3.1.6標準不確定度u(x),即u(Rx)的計算在0時，對A級鉑熱電阻： 2.91103（x）=53對B級鉑熱電阻： =0.012（x）=50在100時，對A級鉑熱電阻： 5.17103（x）= 73對B級鉑熱電阻： 0.016（x）= 503.2 的標準不確定度的評定標準不確定度，記作。的取值是由實驗得出的平均值，與實際值有差異。t=0時,對A級鉑熱電阻： 由實驗得出其不確定度為1.02103/，服從正態(tài)分布，k=3, u(y)=4.0104/對B級鉑熱電阻： 由實驗得出其不確定度為1.99103/，服從正態(tài)分布，k=3, u(y)=6.6104/t=100時,對A級鉑熱電阻： 由實驗得出其不確定度為0.985103/，服從正態(tài)分布，k=3, u(y)=3.3104/對B級鉑熱電阻： 由實驗得出其不確定度為2.0103/，服從正態(tài)分布，k=3, u(y)=6.7104/自由度 （y）n-1=993.3R*(t)的標準不確定度的評定標準不確定度，記作u(z),由3個不確定度分項構成。3.3.1 二等標準鉑電阻溫度計不確定度引入的標準不確定度分項u(z1)0時，根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定Rtp的檢定周期不穩(wěn)定性為5m K,合電阻4.99104，屬正態(tài)分布， u(z1)= 4.99104/3=1.66104同理，100時，根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定Rtp的檢定周期不穩(wěn)定性為12m K,合電阻1.16103，屬正態(tài)分布， u(z1)= 1.16103/3=3.87104其估計值不可靠性為10，則其自由度（z1）50。3.3.2 電測設備引入的標準不確定度分項u(z2) 由于是測量是測量，即它們公用部分的不確定度可以抵消，因此產(chǎn)生影響的只是差值部分。0時，是用自來水凍冰，它偏離0的最大偏差為0.03，相當于0.03，則變動盤最大可認為是0.01。對A級鉑電阻：不確定度區(qū)間的半寬度為0.010.0055107，在區(qū)間內可認為均勻分布，k=, u(z2)= 2.89107(可忽略不計)對B級鉑電阻：不確定度區(qū)間的半寬度為0.010.022106，在區(qū)間內可認為均勻分布，k=, u(z2)= 1.15106(可忽略不計)100時，由于規(guī)程規(guī)定檢定時偏離100的最大偏差為2，相當于0.2，則變動盤最大可認為是1。對A級鉑電阻：不確定度區(qū)間的半寬度為10.0055105，在區(qū)間內可認為均勻分布，k=, u(z2)= 2.89105對B級鉑電阻：不確定度區(qū)間的半寬度為10.022106，在區(qū)間內可認為均勻分布，k=, u(z2)= 1.15104估計為10，則其自由度（z2）50。3.3.3水三相點并復現(xiàn)0.01引入的標準不確定度分項u（x5）u（z3）是由于水的三相點中微量殘余氣體、水是雜質、水分子中氫與氧及同位素成分的影響、靜壓力修正不準等原因引起的。中國計量科學院提供水的三相點的不確定度為0.3 mK，服從均勻分布，不確定度分量為0.17mK，合電阻值1.69105： u（ z3）1.69105估計為10，則其自由度（z3）50。3.3.4標準不確定度u(z),即u（）的計算 對A級鉑熱阻：0時， u(z)= =1.67104 （z）=51100時， u(z)= =3.88104 （z）=51對B級鉑熱阻：0時， u(z)= =1.67104 （z）=51100時， u(z)= =4.04104 （z）=593.4的標準不確定度 的評定標準不確定度，即的取值是由統(tǒng)計規(guī)律得出的平均值，與實際值有差異。t=0時，由實驗得出其不確定度為8.98105/，服從正態(tài)分布，k=3, =2.99105/t=100時，由實驗得出其不確定度為8.7105/，服從正態(tài)分布，k=3, =2.9105/其自由度（d）=n-1=994 合成標準不確定度的評定4.1 靈敏系統(tǒng)數(shù)學模型 Rt=Rx+(dR/dt)tR*/(dR/dt)t*靈敏系統(tǒng) c1=1 0時， c2=0.02 c3=3.91 c4=-0.08100時，c2=2 c3=3.97 c4=-7.64.2標準不確定度匯總表（見表三） 表三 標準不確定度匯總表標準不確定度 u(xi)不確定度來源標準不確定度靈敏系數(shù)|ci|u(xi)自由度u(x)u(x1)u(x2)u(x3)u(x)測量的重復性水沸點槽或油恒溫度槽插孔之間的溫差電測設備引入三相點并復現(xiàn)0.01時引入取值誤差二等標準鉑電阻溫度計傳遞誤差電測設備引入三相點并復現(xiàn)0.01引入A級鉑熱電阻0時2.91103100時5.17103B級鉑熱電阻0時0.012100時0.0160時3.68104100時2.311032.19103A級鉑熱電阻0時2.89103100時3.98103B級鉑熱電阻0時0.012100時0.0161.16105A級鉑熱電阻0時4.0104/100時3.3104/B級鉑熱電阻0時0.66103/100時0.67103/A級鉑熱電阻0時167104100時3.88104B級鉑熱電阻0時167104100時4041040時166104100時3.87104A級鉑熱電阻0時2.89107100時2.89105B級鉑熱電阻0時115106100時1.151041.161050時2.99105/100時2.9105/ 1 10時0.02100時0時0.08100時7.6A級鉑熱電阻0時2.91103100時5.17103B級鉑熱電阻0時0.012100時0.0160時0.24105100時2.21045373505051515159994.3合成標準不確定度的計算A級鉑熱電阻：0時， = =2.98103100時， =5.33103B級鉑熱電阻：0時， =0.012100時， =0.0164.4合成標準不確定度的有效自由度對A級鉑熱電阻：0時， 56100時， 對B級鉑熱電阻：0時， 100時， 5 擴展不確定度的評定對A級鉑熱電阻：0時，取置信概率p=95%,有效自由度eff=56,為方便使用，取eff=50，對最后結果不會產(chǎn)生太大的影響，查分布表得到kp=t95(50)=2.01,擴展不確定度 U95t95(50)uc=2.012.9810-3=6.0010-3換算成溫度 U950.016100時，取置信概率p=95%,有效自由度eff=135,為方便使用，取eff=100，對最后結果不會產(chǎn)生太大的影響，查分布表得到kp=t95(100)=1.984,擴展不確定度 U95t95(100)uc=1.9845.3310-3=0.011換算成溫度 U950.029對B級鉑熱電阻：0時，取置信概率p=95%,有效自由度eff=46,為方便使用，取eff=45，對最后結果不會產(chǎn)生太大的影響，查分布表得到kp=t95(45)=2.01,擴展不確定度 U95t95(45)uc=2.010.012=0.024換算成溫度 U950.066100時，取置信概率p=95%,有效自由度eff=50,查分布表得到kp=t95(50)=2.01,擴展不確定度 U95t95(50)uc=2.010.016=0.033換算成溫度 U950.088