工业热电阻测量结果不确定度评定

工业热电阻测量结果不确定度评定

彭 ,追, 徐 ,凡

（襄阳航泰动力机器厂，湖北襄阳 441000）

摘要：热电阻作为准确度较高的温度测量一次仪表在工业生产线上大量使用，依据JJG 229-2010《工业铜、铂热电阻校准规程》规范要求和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》以及GJB 3756A-2015《测量不确定度的表示与评定》等标准，对工业热电阻测量结果不确定度进行评定，为后期研究奠定基础。

关键词：工业热电阻，测量结果，不确定度

Uncertainty assessment of industrial RTD measurements

Peng zhui  Xu fan

引言

热电阻是常用的一种温度传感器，其测温原理是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性进行温度测量的，其主要特点是测量精度高，性能稳定，被广泛应用于工业测温。本文主要研究的是工业热电阻校准时测量结果不确定度的相关问题。

1概述

1.1 测量依据：JJG 229-2010《工业铜、铂热电阻检定规程》。

1.2 环境条件：温度（15～25）℃，相对湿度≤80%，无电磁干扰。

1.3 测量设备：二等标准铂电阻温度计、位数字多用表、数据采集系统、恒温槽。

1.4 被测对象：工业铂电阻（Pt100，B级）。

1.5 测量过程：采用比较法进行测量，将二等标准铂电阻温度计和被校工业热电阻同时插入恒温槽中。恒温槽设定到预定的校准点，系统开始升温、控温，当测量端达到热平衡时，系统自动采集、计算数据。

2  数学模型

               ==               （1）

式中：  

▔温度时被校的实际电阻值；

▔温度附近℃时被校测得的电阻值；

▔温度时被校温度计电阻随温度的变化率；

▔校准槽温度偏离校准值；

▔t温度时标准温度计的电阻值；

▔℃时标准温度计测得的电阻值；

▔温度时标准温度计电阻值随温度的变化率。

3  方差公式和灵敏度系数

将式（1）对各输入量求偏导得：

合成方差为                            （2）

4  标准不确定度分量分析计算

4.1 输入量Rx的标准不确定度评定

4.1.1  电测设备引入的不确定度分量

电测设备使用位数字多用表，选择100Ω挡，以年指标记，数字多用表技术说明书中，其最大允许误差为a=±（52×10-6×读数+9×10-6×量程），按均匀分布处理，以半区间a计入，则：

在校准0℃时：u1.1（0℃）=9.01mK

在校准100℃时：u1.1（100℃）=12.34mK

4.1.2  恒温槽插孔之间温差引入的不确定度分量

规程规定恒温槽插孔之间的最大温差不大于0.01℃，校准过程中温度波动不超过±0.02℃/10min，允许有不大于0.01℃的迟滞，按均匀分布可得：u1.2=8.16mK

4.1.3  控温波动引入的不确定度分量

规程规定温度变化每10min不超过0.04℃，实际校准中整个读数过程约需2min，以半区间0.02℃计入，按均匀分布处理，则：u1.3=16.33mK

4.1.4  重复性引入的不确定度分量

采用A类评定方法，用同一支被测电阻，在重复条件下测量8次，根据公式：

S单=

计算得：

在校准0℃时：u1.4（0℃）=4.53mK

在校准100℃时：u1.4（100℃）=14.26mK

4.1.5  转换开关寄生热电势引入的不确定度分量

按规程规定转换开关寄生热电势不大于1.0µV，通过热电阻的电流应不大于1mA，经验一般约有2mΩ的影响，按均匀分布处理，则：u1.5=1.16mΩ

换算成温度：

在校准0℃时：u1.5（0℃）=2.94mK

在校准100℃时：u1.5（100℃）=3.03mK

4.1.6  输入量Rx的标准不确定度u(t被)

根据公式u(RX)=计算得：

在校准0℃时：u(RX)=21.1mK

在校准100℃时：u(RX)=26.4mK

4.2  输入量ΔR*的标准不确定度评定

4.2.1  二等标准铂电阻温度计Rtp稳定性引入的不确定度分量

二等标准铂电阻温度计Rtp在校准周期内变化不超过±10mK，按均匀分布计入，则：u2.1=5.77mK

4.2.2  电测设备引入的不确定度分量

电测设备使用位数字多用表，选择100Ω挡，以年指标记，数字多用表技术说明书中，其最大允许误差为a=±（52×10-6×读数+9×10-6×量程），按均匀分布处理，以半区间计入，则：

在校准0℃时：u2.2（0℃）=3.3mK

在校准100℃时：u2.2（100℃）=4.2mK

4.2.3  标准铂电阻温度计和引入的不确定度分量

根据标准铂电阻温度计校准规程对二等标准铂电阻温度计的稳定性要求，和在周期内变化分别不超过±10mK和±14mK，按均匀分布计入，则：

在校准0℃时：u2.3=5.77mK

在校准100℃时：u2.3=8.08mK

4.2.4  标准铂电阻温度计自热引入的不确定度分量

根据规程规定，二等标准铂电阻温度计自热允许值不大于4mK，按均匀分布，则：u2.4=2.31mK

4.2.5  输入量ΔR*的标准不确定度u（ΔR*)：

根据公式u(ΔR*)=计算得：

在校准0℃时：u(ΔR*)=9.1mK

在校准100℃时：u(ΔR*)=11.0mK

4.3 标准不确定度分量汇总

标准不确定度分量汇总一览表

5  合成标准不确定度计算

由于各输入量独立不相关，根据方差合成公式：

可计算出uc：

在校准0℃时：uc=22.98mK

在校准100℃时：uc=28.62mK

6  扩展不确定度计算

取包含因子k=2，则：

在校准0℃时：U=k×uc=45.96mK

在校准100℃时：U=k×uc=57.24mK

结语

本文参照JJG 229-2010《工业铜、铂热电阻校准规程》规范要求和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》以及GJB 3756A-2015《测量不确定度的表示与评定》等规范，对工业热电阻测量结果不确定度进行了评定，分析引入的不确定度的不同来源，确定最终能够造成测量不确定度的主要影响因素，并计算得到合成不确定度和扩展不确定度，为后续的研究奠定了一定的理论基础。

参考文献

［1］JJG 229-2010《工业铜、铂热电阻校准规程》［S］.国家质量监督检验检疫总局.北京:中国计量出版社，2010.

［2］JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》［S］.国家质量监督检验检疫总局.北京:中国计量出版社.2012.

［3］GB/T 27418-2017《测量不确定度评定和表示》［S］.中国标准出版社出版.北京:中国标准出版社，2018.

［4］GJB 3756A-2015《测量不确定度的表示与评定》［S］.总装备部军标出版发行部.北京:总装备部军标出版发行部，2015.

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