二等铂电阻温度计标准装置分析.doc

计量标准技术报告

计量标准名称 二等铂电阻温度计标准装置
计量标准负责人
建标单位名称（公章）
填写日期

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
为了加强计量监督管理,保障国家计量单位制的统一和量值的准确可靠,有利于本公司的计量校准能力的提升，开展工业铂、铜热电阻的校准工作，满足本单位及周边地区企事业单位的工作使用要求。
二、计量标准的工作原理及其组成
将标准铂电阻温度计与被检的工业铂、铜热电阻按规定的要求插入恒温槽中。恒温槽温度分别设定在0℃、100℃，待温度稳定并达到热平衡后，用电测设备分别测量标准铂电阻温度计与被检工业铂、铜热电阻的电阻值，再根据相应公式进行换算、计算，由此即可计算出被检热电阻的R0 、R100 、W100等值，并根据检定规程对被检热电阻是否合格或是否符合相应等级进行判断。

三、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
检定或
校准机构
检定周期或复校间隔
标准铂电阻温度计
WZPB-2
（-189～419）℃
二等

2年

主 要 配 套 设 备
热电偶热电阻测试仪
HY2003B
（0～200）Ω
U=0.01Ω

1年
恒温油槽
HTS-300A
（90～300）℃
U=0.004℃

1年
制冷恒温槽
RTS-70
（90～300）℃
U=0.003℃

1年
转换开关
SY822
/
接触电势≤0.4μV

/

四、计量标准的主要技术指标

标准铂热电阻温度计
测量范围：（-189～419）℃
准确度等级：二等

五、环境条件
序号
项 目
要 求
实际情况
结 论
1
温 度
（25±10）℃
（25±10）℃
合格
2
湿 度
（30～80）%RH
（30～80）%RH
合格
3

4

5

6

六.计量标准的量值溯源和传递框图
上一级计量器具

比较测量

中国测试技术研究院
一等标准铂电阻温度计标准装置
测量范围：（-196～419）℃
准确度等级：一等

本本级计量器具
标准铂电阻温度计
测量范围：（-189～419）℃
准确度等级：二等

工作计量器具
工业铂热电阻温度计
测量范围：（-200~850）℃
准确度等级：
B级及以下等级
工业铜热电阻
测量范围：（-50~150）℃
最大允许误差：
±（0.3~1.2）℃
比较测量

七、计量标准的重复性试验
试验时间

测量值
(Ω)
测量次数
2016年4月 2日
1
138.5189
2
138.5180
3
138.5156
4
138.5124
5
138.5164
6
138.5105
7
138.5123
8
138.5104
9
138.5149
10
138.5145
平均值
138.51439

0.00295
备注
/
试验条件
温度(℃)
23.9
相对湿度(%)
48
测量方法
直接测量
被测仪器名称
工业铂热电阻
规格型号
Pt100
被测仪器编号
/

取一支B级铂热电阻，与二等标准铂电阻温度计一同插入100℃的恒温槽中进行10次重复性测量试验。

八、计量标准的稳定性考核
考虑二等标准铂电阻温度计与工业热电阻均为非实物量具的测量仪器，目前还没有合适的核查标准来进行计量标准的稳定考核，根据JJF1033-2008的要求，可以不做稳定性考核试验。建议对标准铂电阻温度计描绘稳定性曲线图。

九、检定或校准结果的测量不确定度评定（A型）
1概述
1.1 测量方法：依据JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》
1.2环境条件：温度 (25±10)℃，湿度小于70%RH。
1.3 测量标准：二等标准铂电阻温度计
二等标准铂电阻温度计证书给出的参数见下表：
t/℃

0
0.9999601
0.003987724
100
1.3926895
0.003867312
Rtp=25.5217
1.4 被测对象：工业铂热、铜热电阻
1.5 测量过程：根据检定规程要求，用比较法进行测量。将二等标准铂电阻温度计与被检铂热电阻同时插入冰点或者100℃的恒温槽中，待温度稳定后，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。
1.6评定结果的使用：
在符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定结果。
2.测量模型
2.1 数学模型
检定点0℃，测量结果的数学模型为：

检定点100℃，测量结果的数学模型为：

式中: 、——被检铂电阻在0℃，100℃附近测量得的电阻值，Ω；
、——被检铂电阻在0℃，100℃点的电阻温度变化率； 、——标准铂电阻在冰点槽、100℃附近的恒温槽中测得的电阻比值；
、——由被检铂电阻在冰点槽、100℃附近的恒温槽中测得的偏离0℃，100℃的温度差，℃；
、——由标准铂电阻在冰点槽、100℃附近的恒温槽中测得的偏离0℃，100℃的温度差，℃；
从数学模型中可以观察到，0℃检定点的输入量有：、、和；100℃检定点的输入量有：、、和；
2.2 灵敏系数
检定点0℃，灵敏系数为：

检定点100℃，灵敏系数为：

3 标准不确定的评定
3.1输入量、的标准不确定的、的评定
不确定度的来源主要有4个，分别是：测量的重复性，插孔之间的温差，电测设备的测量误差，测量电流引起的自热。
3.1.1测量重复性引入的标准不确定度和
（1）选取一支B级Pt100铂热电阻和标准铂电阻温度计放置于冰点槽和100℃恒温槽中进行重复性试验，在检定0℃时测量数据列为：100.0059Ω、100.0051Ω、100.0006Ω、100.0075Ω、100.0032Ω、100.0056Ω、100.0012Ω、100.0084Ω、100.0036Ω、100.0019Ω，得到其平均值为100.0043Ω，试验标准偏差s=2.64mΩ，实际测量时取4次作为平均值，故由重复性引入的标准不确定度为：

换算成温度为：

（2）在检定100℃时测量数据列为：138.5189Ω、138.5180Ω、138.5156Ω、138.5124Ω、138.5164Ω、138.5105Ω、138.5123Ω、138.5104Ω、138.5149Ω、138.5145Ω、，得到其平均值为138.5144Ω，试验标准偏差s=2.95mΩ，实际测量时取4次作为平均值，故由重复性引入的标准不确定度为：

换算成温度为：

3.1.2插孔之间的温差引入的标准不确定度和
（1）冰点槽插孔之间的温差很小，故其引入的不确定度可以忽略不计。
（2）水沸点槽插孔之间的温场均匀性不超过0.01℃，检定过程中温度波动不超过±0.02℃/10min,因标准和被检的时间常数不同，估计将有不大于0.01℃的迟滞。服从均匀分布，因此：

3.1.3 电测设备的测量误差引入的标准不确定度和
使用的电测设备型号为HY2003B的热电偶热电阻测试仪，根据证书可得其不确定度U=0.01Ω，包含因子为k=2，则由电测设备测量引入的不确定度为：

3.1.4 测量电流引起的自热引入的标准不确定度和
电测设备提供给感温元件的测量电流为1mA,根据实际经验，感温元件一般有约2mΩ的影响。可作均匀分布处理，则：

3.1.5 和的计算
由于上述4个不确定度之间相互独立，因此合成为：
检定0℃时：
检定100℃时：
3.2输入量和的标准不确定度和的评定
不确定度来源主要由4个：标准铂电阻温度计的复现性；标准铂电阻的周期稳定性；电测设备的测量误差；测量电流引起的自热。
3.2.1二等标准铂电阻温度计的复现性引入的标准不确定度和
按照规程的要求，水三相点处为U99=5mK，k=2.58；水沸点附近为U99=5mK，k=2.58。因此有：
=1.94mK
=1.32mK
3.2.2标准铂电阻温度计周期稳定性引入的标准不确定度和
根据规程要求，二等标准铂电阻温度计的周期稳定性在0℃和100℃时分别为：10mK和14mK，按均匀分布，有

3.2.3 电测设备的测量误差引入的标准不确定度和
使用的电测设备型号为HY2003B的热电偶热电阻测试仪，根据证书可得其不确定度U=0.01Ω，包含因子为k=2，则由电测设备测量引入的不确定度为：

3.2.4 测量电流引起的自热带来的标准不确定度和
二等标准铂电阻温度计在冰点槽的检定过程中的自热最大不超过4mK，可作均匀分布处理，则。
检定100℃时，由于在较高温度流动介质的恒温槽中，自热影响可以忽略不计，则。
3.2.5 和的计算
由于上述4个不确定度之间相互独立，因此合成为：
检定0℃时：
检定100℃时：
4.合成标准不确定度
标准不确定度风量汇总下表1和表2
表1 0℃测量的标准不确定度分量汇总
符号
不确定度来源
u(xi)/mK
ci
丨ci丨u(xi)

1
13.55

测量重复性
3.38

插孔间温差
0

电测设备误差
12.79

自热影响
2.95

-1
14.35

标准铂电阻温度计复现性
1.94

标准铂电阻温度计稳定性
5.77

电测设备误差
12.79

自热影响
2.31

表2 100℃测量的标准不确定度分量汇总
符号
不确定度来源
u(xi)/mK
ci
丨ci丨u(xi)

1
15.19

测量重复性
3.79

插孔间温差
5.77

电测设备误差
13.18

自热影响
3.04

-1
15.52

标准铂电阻温度计复现性
1.32

标准铂电阻温度计稳定性
8.08

电测设备误差
13.18

自热影响
0

由于各不确定度分量之间相互独立，因此，合成标准不确定度为：
检定0℃时：
检定100℃时：
5 扩展不确定度
取包含因子k=2，则扩展不确定度为：
检定0℃时：
检定100℃时：
6 测量不确定度评估的说明
从上述不确定度评估中可以看出，所选的检定设备在检定B级及以下等级铂热和铜热电阻时可以满足检定结果的扩展不确定度不大于被检Pt100热电阻允许误差的1/4的要求。

十、检定或校准结果的验证
用被考核的计量标准二等标准铂电阻温度计对一B级的铂热电阻进行测量，得到0℃的示值误差为ylab=0.12℃，不确定度为Urel=0.04℃，送该铂热电阻到上一级计量技术机构进行校准，得到0℃的示值误差为yref=0.10℃，扩展不确定为Uref=0.04℃。
ylab - yref =0.02℃
0.057℃
满足：

上述测量结果表明，该计量标准装置的测量不确定度评定符合要求，故认为本标准装置测量结果可靠。

十一、结论
经过上述对计量标准的测量重复性、稳定性进行考核以及测量不确定度的分析、评定及验证，认为本计量标准符合国家计量检定系统表和有关检定规程的要求，因此本计量标准装置可开展对B级工业铂热电阻和铜热电阻的计量校准和量值传递工作。

十二、附加说明
1、JJF1033-2008《计量标准考核规范》
2、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》
3、JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》
4、计量标准履历书及重复性、稳定性考核记录
5、建立计量标准技术报告
6、计量标准考核（复查）申请表
7、计量标准量值溯源图
8、计量标准及配套设备使用说明书