二等铂电阻温度计标准装置技术报告

1 一、 建立计量标准的目的 建立本计量标准的目的是为了更好地在企业内部开展计量标准的量传与溯源。 建立计量标准不仅会给企业带来一定的经济效益，还包含着一定的社会效益（如有可能可以对外开展技术服务，增加收益），同时也标志着企业计量水平的一个方面。 二、 计量标准的工作原理及其组成 工作原理：利用比较法将二等标准铂电阻温度计与工作用铂铜热电阻温度计同时插入冰点槽或恒温油槽里，待温度稳定后，通过测量标准铂电阻温度计与被检工作用铂铜热电阻温度计的值。由标准铂电阻温度计测量出实际温度，然后通过计算公式，得出被检工作用 铂电阻温度计的值 R（ t）。工作原理图如下图（一）所示： 图（一） 组成：二等标准铂电阻温度计、数字多用表、低电势扫描开关冰点槽、恒温油槽等。 低电势扫描开关 标 被 被 被 准 检 1 检 2 检 n 冰点槽或恒温油槽 数字多用表 2 三 、选用的计量标准器及主要配套设备 计量标准器 名 称 型 号 测量范围 不确定度或 准确度等级或 最大允许误差 制造厂及 出厂编号 检定 证书号 标准铂电阻温度计 0 二等 昆明大方自动控制公司 主要配套设备 数字多用表 00 6 1/2 位 美国吉时利仪器公司 恒温油槽 室温 300) 温差 U=1k=2; 波 动 度U=2 k=2 山东省计量仪器实验厂 自动扫描开关 U=k=2 山东省计量仪器实验厂 冰点槽 自制 3 四 、计量标准的主 要技术指标 1、 标准铂电阻温度计 型号： 准确定：二等 测量范围：（ 0 2、 数字多用表 型号： 确定： 量 范围： 100 五 、环境条件 项 目 要 求 实际情况 结论 温 度 （ 20 5） （ 22 2） 符合规程要求 湿 度 80% 75%合规程要求 4 六 、计量标准的量值溯源和传递框图 上 级 社 会 公 用 计 量 器 具 本 单 位 计 量 器 具 工 作 用 计 量 器 具 一等标准铂电阻温度计 量范围：（ 0 准确度等级 :一等 定点法和比较法 二等标准铂电阻温度计 测量范围 (0 准确度等级 :二等 工业用铂、铜热电阻 测量范围 (0500) 准确度等级：工业 A、 B 级 比较法 5 七 、计量标准的测量重复性考核 计量标准的重复性通常用观测值的实验标准差来表示，要求是 ，其中 测值的实验标准差； S：不确定度评定中 S 值。 0时 ， 被测量对象选择一支工业用 电阻 0 为观测点进行连续 10次测量，测量得的数据如下表一所示： 表一 工业用 测量数据 次序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 测量值 过计算求得 x 验标准差： 110121 于 （不确定度评定中 S 10 4） 所以重复性符合要求。 100时 ， 被测量对象选择一支工业用 电阻 100为观测点进行连续 10次测量，测量得的数据如下表二所示： 表二 工业用 测量数据 次序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 测量值 过计算求得 x 验标准差： 6 110121 于 （不确定度评定中 S 10 3） 所以重复性符合要求。 7 八 、计量标准的稳定性考核 用该二等标准铂电阻温度计对一稳定的被测量对象工业 B 级 铂电阻温度计，选择 0点为测量点，每隔 4个月进行一组 10 次的测量，共观测 4组，各组的测得数据及测得结果如下表三所示： 表三 工业用铂热电阻在 0时在一年内测量的四组数据 次序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 时间测得值 2007年 7月 007年 11月 008年 3月 008年 7月 据以上四组数据，测得稳定性为： 于 所以该标准装置的稳定性符合要求。 用该二等标准铂电阻温度计对一稳定的被测量对象工业 B 级 铂电阻温度计，选择100点为测量点，每隔 4个月进行一组 10次的测量，共观测 4组，各组的测得数据及测得结果如下表三所示： 表三 工业用铂热电阻在 0时在一年内测量的四组数据 次序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 时间测得值 2007年 8月 007年 12月 008年 4月 008年 8月 8 根据以上四组数据，测得稳定性为： 于 所以该标准装置的稳定性符合要求。 9 九 、测量不确定度的评定 1 概述 量依据 ： 业铂、铜热电阻检定规程 。 境条件 ：温度为 15 35、相对湿度不大于 80%。 量标准 ：二等标准铂电阻温度计。测设备为 1/2 位数字多用表。规程规定检定 相对误差为 测量对象： 工作用铂热电阻，测量范 围 0、 100，允许偏差见表（一）。 表（一）铂热电阻允差 量参数与测量方法 测量参数为 R(0 )、 R(100 )，比较法进行测量。 比较法是将二等标准铂电阻温度计与工作用铂热电阻温度计同量插入冰点或恒温油槽中，待温度稳定后通过测量标准与被检的值，由标准算出实际温度，然后通过公式计算得出被检的实际值 R（ t）。 2 数学模型 x+(dR/dt)t t (1) 式中： ； x时被检测得的电阻值 ; (dR/dt)t t 检定槽温度偏离检定值。 温 度 100 A 级 B 级 级 10 t=( (dR/dt)t* (2) 式中 : x时标准温度计测得的电阻值 ; (dR/dt)t* 令 R*=( ， 则（ 1）式可得 x+(dR/dt)t（ R*（ (dR/dt)t*） (3) 式 (3)为评定的数学模型。 3输入量的标准不确定度的评定 u（ 评定 标准不确定度 u（ 记作 u（ x），由 4个不确定度分项构成。 u（ u（ 由于热电热势的变化、环境温度的波动、被检热电阻短期不稳定等因素引入的误差。为了简化，通过重复测量综合考虑。本检定系统中用同一支标准、三支被检作等精度多次检定。检定数据如表（二）所示。 11 表（二） （ a）在 0时 次 器 号 数 1 2 3 1 0 均 2)(1 并样本标准差 3231 10 4 （ =27 实际测量以 4 次测量值平均值为测量结果，所以 12 u（ =10 4 （ b）在 100时 次 器 号 数 1 2 3 1 0 均 2)(1 000并样本标准差 3231 10 3 （ =27 13 实际测量以 4 次测量值平均值为测 量结果，所以 u（ =10 3 沸点槽或油恒温槽插孔之间的温差引入的标准不确定度分项 u（ 水沸点槽各插孔之间的温差最大为 油恒温槽有几个指标，由于被检与标准插入同一水平，所以只需考虑水平温差。水平温差为 不确定度区间的半宽度为 a 10 3，在区间内可以认为均匀分布， 3k ， 3)2( 10 3 估计)2( )2(xu 10，则其自由度 （ 50。 测设备引入的标准不确定度分项 u（ 对 0时，不确定度区间的半宽为 100 区间内可认为均匀分布，3k ， u（ 10 3 100时，不确定度区间的半宽为 区间内可认为均匀分布，3k ， u（ 10 3 对 0时，不确定度区间的半宽为 100 区间内可认为均匀分布， 3k ， u（ 00时，不确定度区间的半宽为 区间 内可认为均匀分布，3k ， u（ 14 估计不可靠性为 10，则其自由度 （ 50。 等标准铂电阻温度计不确定度引入的标准不确定度分项 u（ 0时，根据检定规程规定， 电阻 10 4,属正态分布， u（ 10 4/3 10 4 同理， 100时，根据检定规程规定， 检定周期不稳定性为 12 电阻 10 3,属正态分布， u（ 10 3/3 10 4 其估计值不可靠性为 10，则其自由度 （ 50。 三相点并复现 入的标准不确定度分项 u（ u（ 由于水的三相点中微量残余气体、水是杂质、水分子中氢与氧及同位素成分的影响、静压力修正不准等原因引起的。 中国计量科学院提供水的三相点的不确定度为 0.3 从均匀分布， 3k ，不确定度分量为 电阻值 10 5： u（ 10 5 估计)5( )5(xu 10，则其自由度 （ 50。 准不确定度 u(x),即 u(计算 在 0时， 对 )()()()()( 52423212 25242324 ) 15 10 3 （ x） =50)0)0)7)544444443=53 对 )()()()()( 52423212 2524224 ) =（ x） =50)0)54444443=50 在 100时， 对 )()()()()()( 5242322212 2524232324 ) 10 3 （ x） =50)0)0)0)7)54443434443 73 对 )()()()()()( 5242322212 252422324 ) （ x） =50)0)00 1 7) 1 50 16 3.2 的标准不确定度 评定 标准不确定度 记作 )( 的取值是由实验得出的平均值，与实际值有差异。 t=0时 , 对 由实验得出其不确定度为 10 3/ ，服从正态分布， k=3, u(y)=10 4/ 对 由实验得出其不确定度为 10 3/ ，服从正态分布， k=3, u(y)=10 4/ t=100时 , 对 由实验得出其不确定度为 10 3/ ，服从正态分布， k=3, u(y)=10 4/ 对 由实验得出其不确定度为 10 3/ ，服从正态分布， k=3, u(y)=10 4/ 自由度 （ y） 9 *(t)的标准不确定度 )( *的评定 标准不确定度 )( *，记作 u(z),由 3个不确定度分项构成。 等标准铂电阻温 度计不确定度引入的标准不确定度分项 u(0时，根据检定规程规定 m K,合电阻 10 4，属正态分布， u( 10 4/3=10 4 同理， 100时，根据检定规程规定 2m K,合电阻 10 3，属正态分布， 17 u( 10 3/3=10 4 其估计值不可靠性为 10，则其自由度 （ 50。 测设备引 入的标准不确定度分项 u(由于是测量是测量 *即它们公用部分的不确定度可以抵消，因此产生影响的只是差值部分。 0时，是用自来水冻冰，它偏离 0的最大偏差为 相当于 变动盘最大可认为是 对 A 级铂电阻：不确定度区间的半宽度为 5 10 7，在区间内可认为均匀分布， k= 3 , u( 10 7(可忽略不计 ) 对 B 级铂电阻： 不确定度区间的半宽度为 2 10 6，在区间内可认为均匀分布，k= 3 , u( 10 6(可忽略不计 ) 100时，由于规程规定检定时偏离 100的最大偏差为 2，相当于 变动盘最大可认为是 1。 对 A 级铂电阻： 不确定度区间的半宽度为 1 5 10 5，在区间内可认为均匀分布， k= 3 , u( 10 5 对 B 级铂电阻： 不确定度区间的半宽度为 1 2 10 6，在区间内可认为均匀分布， k= 3 , u( 10 4 估计)()(22为 10，则其自由度 （ 50。 三相点并复现 入的标准不确定度分项 u（ u（ 由于水的三相点中微量残余气体、水是杂质、水分子中氢与氧及同位素成分的影 响、静压力修正不准等原因引起的。 18 中国计量科学院提供水的三相点的不确定度为 0.3 从均匀分布， 3k ，不确定度分量为 电阻值 10 5： u（ 10 5 估计)5( )5(xu 10，则其自由度 （ 50。 准不确定度 u(z),即 u（ *的计算 )3()()()( 22212 对 A 级铂热阻： 0时， u(z)= 2524 ) =10 4 （ z） =50)0)54444 51 100时， u(z)= 252524 ) =10 4 （ z） =50)0)0)5454444 51 对 B 级铂热阻： 0时， u(z)= 2524 ) =10 4 （ z） =50)0)54444 51 100时， 19 u(z)= 252424 ) =10 4 （ z） =50)0)0)5444444 59 的标准不确定度 *的评定 标准不确定度 *即 )(* 的取值是由统计规律得出的平均值，与实际值有差异。 t=0时，由实验得出其不确定度为 10 5/，服从正态分布， k=3, )(10 5/ t=100时，由实验得出其不确定度为 10 5/，服从正态分布， k=3, )(10 5/ 其自由度 （ d） =9 4 合成标准不确定度的评定 敏系统 数学模型 x+(dR/dt)tR*/(dR/dt)t* 灵敏系统 c1=1 *2 20 2*40时， 100时， 见表三） 表三 标准不确定度汇总表 标准不确定度 u(不确定度来源 标准不确定度 灵敏系数 |ci|u(自由度 21 u(x) u(u(u(u(x) )( * 测量的重复性 水沸点槽或油恒温度槽插 孔之间的温差 电测设备引入 三相点并复现 引入 值误差 0时 10 3 100时 10 3 0时 00时 时 10 4 100时 10 3 10 3 0时 10 3 100时 10 3 0时 00时 10 5 0时 10 4/ 100时 10 4/ 0时 10 3/ 100时 10 3/ 0时 1 67 10 4 100时 10 4 1 1 0时 100时 0时 10 3 100时 10 3 0时 00时 3 73 50 50 51 51 22 )( 1)( 2)( 3 *)( 电测设备引入 三相点并复现 入 * 0时 1 67 10 4 100时 4 04 10 4 0时 1 66 10 4 100时 10 4 0时 10 7 100时 10 5 0时 1 15 10 6 100时 10 4 10 5 0时 10 5/ 100时 10 5/ 0时 100时 0时 10 5 100时 10 4 51 59 99 23 成标准不确定度的计算 A 级铂热电阻： 0时， 24232221 )()()()( c = 2524423 =10 3 100时， 25242423 ) =10 3 B 级铂热电阻： 0时， 2524232 ) =00时， 2524232 ) =成标准不确定度的有效自由度 )()()()()()()()( 444342414ce 对 A 级铂热电阻： 0时， 99)1)9)1)544454343e f f 56 100时， 13599)1)9)13)443444343e f f对 B 级铂热电阻： 24 0时， 4699)1)9)0)0 1 0 1 5434344 e f f100时， 5099)1)9)00 1 e f f5 扩展不确定度的评定 对 A 级铂热电阻： 0时 ，取置信概率 p=95%,有效自由度 6,为方便使用，取 0，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到 kp=0)=扩展不确定度 0)1010算成温度 100 时，取置信概率 p=95%,有效自由度 35,为方便使用，取 00，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到 kp=00)=扩展不确 定度 00)10算成温度 对 B 级铂热电阻： 0时 ，取置信概率 p=95%,有效自由度 6,为方便使用，取 5，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到 kp=5)=扩展不确定度 5)算成温度 100 时，取置信概率 p=95%,有效自由度 0,查分布表得到 kp=0)=扩展不确定度 0)25 换算成温度 6 测量不确定度的报告与表示 工业铂热电阻值的测量结果的不确定度， 对 0时 ， 0 100 时， 00 对 0时 ， 5 100 时， 0 26 十 、计量标准的测量