计量标准技术报告

1、计量标准技术报告目 录一、建立计量标准的目的（ ）二、计量标准的工作原理及其组成（ ）三、计量标准器及主要配套设备（ ）四、计量标准的主要技术指标（ ）五、环境条件（ ）六、计量标准的量值溯源和传递框图（ ）七、计量标准的重复性试验（ ）八、计量标准的稳定性考核（ ）九、检定或校准结果的测量不确定度评定（ ）十、检定或校准结果的验证（ ）十一、结论（ ）十二、附加说明（ ）一、建立计量标准的目的 按照中华人民共和国计量器具检定规程JJG160-92、JJG75-195、JJG141-83、JJG351-96、JJG229-98的要求进行工业热电阻自动检定工作。二、计量标准的工作原理及其组成(一

2、)、概述 VST.R-992工业热电偶、热电阻自动检定系统（以下简称VST.R-992系统）完全按照中华人民共和国计量器具检定规程JJG160-92、JJG75-195、JJG141-83、JJG351-96、JJG229-98的要求进行自动检定工作。（二）、系统组成及工作原理VST.R-992工业热电偶热电阻自动检定系统的组成如图所示。检定控制原理：VSTR-992工业用热电偶热电阻自动检定系统的组成如图1所示。VSTR-992工业用热电偶热电阻自动检定系统检测仪可接受微机指令，按双极法的检定要求切换各检测通道，使高精度数字电压表的测量端与相应的测点回路相通，数字电压表按照微机的指令进行电势

3、测量并把测得电势值送回微机。微机是热电偶自动检定过程的控制者，它根据检定工作的需要，控制切换开关的切换工作和数字电压表的数据采样工作，根据测得的标准热电偶热电势换算出当前的炉内温度，并按照设定温度点的要求控制控温仪，改变检定炉的加热电流，从而实现检定槽炉温的自动控制。当检定槽的炉温达到某设定温度的检定要求时，微机则控制切换开关巡回切向标准热电偶和各被检热电阻，每切换一路，高精度数字电压表就测量该回路的热电势并把所测的热电势信号值传送给微机存储待用，当该检定点按要求检测完毕，微机自动转向下一个温度检定点。当所设定的温度检定点都检测完毕，微机则按检定规程的要求做检定计算，然后整理检定结果并记录在固

4、定格式的测量记录和数据综合表中，用户可在微机上随时调出所有检定报表，查看或打印。与检定热电偶的控制原理大致相同，所不同的是检定热电阻多一路搅拌电机的控制。即：当检定槽的槽温达到某设定温度的检定要求时，微机则控制切换开关巡回切向二等标准铂电阻温度计（简称标准热电阻）既作为油槽或水槽的控温热电阻，又作为检定的标准；VST.R-992测控仪通过检测开关把信号输送到数字万用表的测量输入端；数字万用表通过RS-232与计算机通讯；从而实现油槽或水槽温度以及搅拌电机自动控制。 检定测量原理：当检定槽的温度控制达到设定点要求时，计算机控制D/D卡循环切换VST.R-103测控仪的检测开关；每切换一个检测开关

5、的同时，计算机控制数字万用表及时检测一个热电阻的信号，直到检测完所有热电阻的电压值。其循序为：通道E检测标准热电阻通道N检测标准电阻通道1检测被检阻一通道X检测被检阻X， 通道E检测标准热电阻通道N检测标准电阻通道1检测被检阻一通道X检测被检阻X 一共往还三次；即每支热电阻（包括标准热电阻、标准电阻、被检热电阻），在同一个温度检定点，至少检测六个数据；并把所有的检测数据以文件的形式存于硬盘，并可打印输出。 热电阻进行0检定时，由于不需要进行温度控制，直接进入测量，其过程不变。（三）、系统组成三、计量标准器及主要配套设备名 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周期

6、或复校间隔末次检定或校准日期二等铂电阻温度计二等铂电阻温度计数字电压表工业热电阻自动检定装置标准电阻WZPB-2 WZPB-2K2000VSTR-992BZ3(0419.5270)(0419.527)(0200)mV(0419.527)100二等 二等0.0080.01昆明大方，03723昆明大方，036591170253HCH2008-992-J-0090152年2年1年1年2008.10.252008.10.252008.11.062008.10.28主要配套设备恒温油槽VSTR-98Y(0350) 水平温差0.01,垂直温差0.021454/冰 点 瓶BPK-100000.05/绝缘电阻

7、表0.01M2G10级/1年计算机联想/四、计量标准的主要技术指标热电阻部分：1 测量范围：0419.5272 总不确定度：U=49.6mK3 检定重复性：12mK4 标准装置准确度：A=49.6mK其它：1 油恒温槽温场：水平温差0.01 垂直温差 0.022 水恒温槽温场：插孔之间最大温差0.01多路转换开关接触电势0.4V五、环境条件序号项 目要 求实际情况结 论1温 度(235)20合 格2湿 度(4575)%55%合 格3电磁干扰无电磁干扰无电磁干扰合 格4防 振无振源无振源合 格5洁净度无灰尘干 净合 格6防 火防火措施齐全配备灭火器合 格7辐 射无辐射无辐射合 格8照 明良好良好

8、合 格9供 电正常正常合 格10工作服、鞋配 齐专 用合 格11工作台摆放固定整齐固定整齐合 格六、计量标准的量值溯源和传递框图七、计量标准的重复性试验用两支编号为03723和03659有合格证书的二等标准热电阻,一支作标准(03723)一支作被检（03659）,按检定规程要求插入冰瓶和油槽中。在0和100达到完全稳定后测得被检热电阻电阻值，求（R100/R0）比值。测量完毕，破坏冰瓶和油槽内恒定温度待重新稳定后测量被检热电阻电阻值，求（R100/R0）比值，重复以上六次测量,完成一个检定周期,由于一个检定周期采数小于十次，故我们测量2次.测得结果如下表：第一组序号iXi-(Xi-)211.3

9、927440.0000030.0910-1021.3927430.0000020.0410-1031.3927450.0000040.1610-1041.392736-0.0000050.2510-1051.3927440.0000030.0910-1061.392734-0.0000070.4910-10平均1.392741第二组序号kXk-(Xk-)211.392726-0.0000101.010-1021.3927400.0000040.1610-1031.3927360041.3927410.0000050.2510-1051.3927380.0000020.0410-1061.392

10、735-0.0000010.0110-10平均1.39273684.91S(mk)= 5.0810-60.0038681000 =1.313mk重复性最大值为1.313mk小于12mk符合要求。该计量标准的测量重复性合格。八、计量标准的稳定性考核用一支编号为03723有合格证书的二等标准热电阻, 作标准按检定规程要求装入恒温油槽,另取一支PT100做被检阻，在100待槽温达到完全稳定后测得被检热电阻数据，在每个时间段各作3次测试，总共4个时间段采集数据如下表： 试验时间测量值（ ）测量次数2008 年11月14日 2009年1月6日2009年2月15 日2009年4月 15日 1138.507

11、60138.51373138.51499138.498482138.50643138.47872138.50429138.514853138.51060138.51498138.49972138.50942平均138.50821138.50248138.50633138.50758- =138.50821-138.50248=0.00573mV=0.015由表中数据可以看出，组间的最大差值为 0.015(15 mK )，小于工业热电阻的扩展不确定度（约49.6mK），装置的稳定性合格。 九、检定或校准结果的测量不确定度评定根据国家计量检定规程（JJG229-1998）规定工业铂电阻温度计的检定

12、点是0和100点，使用的标准器为二等标准铂电阻温度计。现以B级铂热电阻测量标准不确定度进行评定。一. 0冰点1、 建立数学模型，方差与传播系数根据规程，被检的工业铂电阻温度计R（0）值计算公式为：式中： R（0）被检热电阻在0的电阻值，；被检热电阻在0附近的测的值，；标准器在0的电阻值，通常从实测的水三相点值计得，；标准器在0附近测得值，；Pt100在0的标称值，为100上式两边除以被检热电阻在0的变化率并做全微分变化为：将微小变化量用不确定度来代替，合成后可得方差此时灵敏度系数C1=1、C2=1、C3=-1。2、 标准不确定度分量的分析计算2.1 项分量该项分量是被检热电阻在0点温度ti上测

13、量值的不确定度。包括有：a） 冰点器温场均匀性，不大于0.01，则半区间为0.005。均匀分布，故其估计的相对不确定为20%，即自由度v1.1=12，属B类分量。b） 由电测仪表测量被检热电阻带入的分量。本系统配用电测仪表为6位半数字表KEITHLY2000，通过1毫安电流在100mV挡测量，此时数字表准确度为100106读数+40106量程对工业铂热电阻Pt100来说，电测仪表带入的误差限（半宽）为 化为温度： 该误差分布服从均匀分布，即 估计相对不确定度为10%，即v1.1=50，属B类分量。c） 对被检做多次检定时的重复性本系统在校准自动测量时以一稳定的B级被检铂电阻作试样检6次，用极差

14、法考核其重复性，经实验最大差为4m以内。通道间偏差以阻值计算时应不大于2m，故连同通道间差异同向叠计在内时，重复性为6m，约0.015，则u1.3=v1.3=1.8,属A类分量d） 被检热电阻自热效应的影响以半区间估计为2m约5mK。这种影响普遍存在，可视为两点分布。故u1.4= mK估计的相对不确定度为30%，即v1.4=5，属B类分量.2.2 项分量标准器以实测的R*tp值进行计算，故该误差分量以二等铂电阻温度计检定规程中规定在检定过程中Rtp的允许变化不超过5mK来计入。半区间为2.5mK。呈正态分布，即u2= mK自由度v2=，属B类分量2.3 项分量该分量是使用标准器时测量过程中引入

15、的，包括：a） 电测仪表测量标准器时引入的标准铂电阻与被检热电阻用同一电测仪表，使用的时100档，此时数字表的准确度为：100106读数+40106量程而标准器为了排除不同电测带入的系统误差和标准器因应力等引起Rtp 值的变化，要求用同一电测测量其Rtp 值和Rt值,以比值Wt=Rt/Rtp来计算实际温度，此时如以电测仪器的准确度分别计算对Rt、Rtp项的贡献是不对的，这两项值相关。推导如下：Wt=Rt/Rtp全微分，得对微小变量dRt、dRtp的计算，可以电测仪器的指标及Rt、Rtp的值计入，则上式变为= (B-4)所用比值W计算时，电测仪器对标准铂电阻测值引入的极差（以标准铂电阻温度计的典

16、型值计，也可套用某支具体标准铂电阻温度计值）为=6.3810-9换算成温度。此值为半区间，服从均匀分布，即估计的相对不确定度为10%，即v3.1=50, 属B类分量。b） 标准铂电阻温度计的自热影响按二等标准铂电阻温度计检定规程，它的自热允许值应不大于4mK。按均匀分布，以半区间计入，即估计的相对不确定度为20%，即v3.2=121, 属B类分量。c） 标准铂电阻温度计计算温度的计算误差根据ITS-1990，其内插公式的非唯一性为1mK，可按两点分布对待且可靠程度很高，故 u3.3=1/21=0.5 mK v3.3=， 属B类分量1.3 冰点的标准不确定度分量一览表序号来源类别灵敏系数标准不确

17、定度分布自由度序号1u1.1温场均匀性B13均匀12u1.2电测测被检引入B121均匀23u1.3=s单检定重复性A19t34u1.4被检自热影响B15两点45u2标准器不确定度B10.97正态56u3.1电测测标准引入B-10.001均匀67u3.2标准器自热B-11.2均匀78u3.3公式计算B-10.5两点81.4 冰点的合成标准不确定度，有效自由度与包含因子u2c冰=32+212+92+52+0.972+0.0012+1.22+0.52=558.6uc冰=23.6 mKveff=40.46取veff=40，t0.95(40)=2.021.5 冰点的检定结果扩展不确定度U95=2.022

18、3.6=47.7mK,取0.05二. 100点不确定度分析1、 数学模型、方差与灵敏系数根据规程，被检工业铂电阻R100的计算公式为： = (B-5)式中R(100)-被检热电阻在100点的测得值， -被检热电阻在100点附近的测得值， -标准器的测得值， -标准器证书上的W100比值 -检定时系统所配电测仪器实测得标准器的水三相点值，实际上，标准器全为用比值计算温度，分度表也只有比值的变化率，上式还需变形，因为，所以= = (B-6)式中：-标准器在tb点测得的阻值与同一电测实测得的水三相点值与之比；其余同式（B-5）。式（B-6）为本分析的数学摸型。对式（B-6）进行全微分得将变量以分量不

19、确定度代之并合成可得方差计算公式，即 (B-7)可见灵敏系数c1=1，c2=-97.93，。c3=97.932、 标准不确定度分量的分析计算2.1 Rb项本项为检定时该系统测量被检热电阻所引入的不确定度来源。它包括有：a） 温场均匀性影响恒温槽水平均匀性为0.01。以标准器所在孔位为基点，以半区间等概率分布计入，则有相对不确定度为20%，即有=12，属B类分量。b） 温场的变化波动影响JJF1098-2003规范规定了热电阻自校系统的恒温特性为0.04/10min，以测量时间为5min变化计为0.02，标准器值为基点在被检项上有半区间、均匀分布的不确定，即相对不确定度20%，=12，属B类分量

20、。c） 电测仪器检测被检电阻所带入的分量在100附近被检工业铂热电阻100的阻值约为138.51左右。电测仪表用1k档带入的极限误差为=0.02385即约0.02385/0.379=0.063呈均匀分布，以半区间计入为相对不确定度20%，=50，属B类分量。d） 测量的重复性JJF1098-2003规范规定的重复性实验以三次等精度重复测量结果的最大误差不大于12m（单一通道），而各通道间偏差允许不大于2 m，按同向叠加即使用任一通道的重复性为14 m即0.037。根据JJF-1059-1999,使用三次间极差法计算单次试验标准差时极差系数为1.64，自由度为1.8，服从t分布，即v1.4 =1

21、.8,属A类分量。e） 被检铂热电阻的自热影响在沸点由于温度较高，根据试验观察，外部热效应影响较少，但被检的阻值较大，内部热效应应有一定程度的增大，故仍可按0点的估算。u1.5=5mK, v1.5=5,两点分布, 属B类分量。2.2 项该项是检定时对标准器在检定点tb上的测量所包含的各不确定度来源。它包括有：a） 电测仪器测标准器值时带进的。对标准器测量仍为100档，由此分析式（B-4）,得：= =6.2810-5 以半区间计入，均匀分布处理，即相对不确定度10%，=50，属B类分量。b） 标准器变化所带入的标准器在热过程中Rtp值会发生变化。检定工业铂热电阻过程并不要求每次测量完后即检水三相

22、点值。所以该变化的影响将直接带入计算结果中。该变化量以合格的标准器在检定过程中Rtp的允许变化量5mK计，换算成W值即1.99510-5，以半区间计入并认为属均匀分布， 则估计的相对不确定度20%，=12，属B类分量。c） 标准器的自热影响在tb点外部温度较高，且直接插于强迫对流的介质中时可忽略不计。d） 标准器的计算公式不确定度同0的，但按100附近的dW/dt换算成比值，即u2.3=3.86810-30.510-3=1.93410-6v2.3=,两点分布，属B类分量2.3 项该项分量为标准器在100的检得结果不确定度。根据我国中温量传系统颁布数据，二等标准器W100的扩展不确定度为6mK(p=0.99),正态分布，换算成