标准水银温度计标准装置计量标准技术报告.doc

计量标准技术报告
计 量 标 准 名 称 标准水银温度计标准装置
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………………………………………………（ 3 ）
三、 计量标准器及主要配套设备…………………………………………………（ 4 ）
四、 计量标准的主要技术指标……………………………………………………（ 5 ）
五、 环境条件…………………………………………………………………… （ 5 ）
六、 计量标准的量值溯源和传递框图……………………………………………（ 6 ）
七、 计量标准的重复性试验………………………………………………………（ 7 ）
八、 计量标准的稳定性考核………………………………………………………（ 8 ）
九、 检定或校准的测量不确定度评定……………………………………………（ 9 ）
十、 检定或校准结果的验证……………………………………………………（ 14 ）
十一、 结论……………………………………………………………………（ 15 ）
十二、 附加说明………………………………………………………………（ 15 ）
一、建立计量标准的目的
为满足我县工作用水银温度计、压力式温度计、双金属温度计等中温段温度计的量传工作，于2016年建立该项计量标准。
二、计量标准的工作原理及其组成
该计量标准装置由标准水银温度计、恒温油槽、恒温水槽、低温槽、读数望远镜等组成。
工作原理是用标准水银温度计检定工作用水银温度计时，将二者的感温泡处于同一恒定温度下，采用比较法按下列顺序检定：温控仪定温于检定点处，待温度达到检定点并且稳定一段时间以后，将标准温度计和被检温度计依次按其浸没方式插入槽内。当温度计的读数达到稳定后开始读数，记录所
读数据，按照检定规程JJG130-2011的要求处理数据，得到被检温度计的修正值。
标准温度计
被检温度计

望远镜

零度恒温器、制冷恒温槽或恒温油槽

温控仪

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
标准水银温度计
棒式
(-30～20）℃
二等

(0～50）℃
二等

(50～100）℃
二等

(100～150℃
二等

(150～200℃
二等

(200～250℃
二等

(250～300℃
二等

主
要
配
套
设
备
恒温油槽

（90～300）℃
U=0.14 k=3

制冷恒温槽

（-30～100）℃
U=0.14 k=3

零度恒温器

0℃
U=0.14 k=3

数显读数望远镜

/
/

四、计量标准的主要技术指标
计量标准的技术指标
测量范围：（-30～+300）℃
分度值：0.1℃
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
（15～35）℃
（18～30）℃
合格
2
湿 度
不大于85%RH
（20～80）%RH
合格
3

4

5

6

六、计量标准的量值溯源和传递框图
上一级计量标准

一等铂电阻温度计标准装置
测量范围：（-80～+419.527）℃
准确度等级：标准
溯源单位：

（比较法）

标准水银温度计标准装置
测量范围：（-30～+300）℃
准确度等级：标准

（比较法）

工作用玻璃液体温度计
测量范围：（-30～+300）℃
MPE：±0.20℃及以上

压力式温度计、双金属温度计
测量范围：（-30～+300）℃
准确度等级：1.0级及以下

本级计量器具
下一级计量器具
七、计量标准的重复性试验
选用一支0.1分度的工作用玻璃液体温度计，型号是(0～50)℃，编号是0506，在50℃点进行10次重复测量，测得结果如下：
测量次数
显示值（℃）
1
50.01
2
50.01
3
50.00
4
50.01
5
50.00
6
50.01
7
50.00
8
50.00
9
50.00
10
50.00

50.004
s
0.014
由上述结果知：
s=0.014℃＜0.06℃
所以，该装置的测量重复性符合要求。
八、计量标准的稳定性考核
考核时间

测量值 ( ℃ )

测量次数

2016年

07月28日

2016年

08月25日

2016年

09月24日

2016年

10月21日

2016年

11月20日
核查标准
工作用玻璃液体温度计、分度值0.1℃
50℃点
1
0.00
0.00
0.01
0.00
0.01
2
0.00
0.01
0.01
0.00
0.01
3
0.01
0.00
0.00
0.01
0.00
4
0.00
0.01
0.01
0.00
0.01
5
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
6
0.00
0.01
0.00
0.01
0.01
7
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
8
0.00
0.01
0.00
0.00
0.00
9
0.00
0.00
0.01
0.01
0.00
10
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

0.002
0.004
0.004
0.003
0.004
变化量
/
0.002
0.000
0.001
0.002
允许变化量

0.15
0.15
0.15
0.15
所以，该标准稳定性考核合格
九、检定或校准结果的测量不确定度评定
1、概述
1.1、测量依据：JJG130-2011《工作用玻璃液体温度计》检定规程
1.2、测量环境条件：温度（25±5）℃，湿度（45～80）%RH
1.3计量标准及其主要计量特性：
表1. 实验室的计量标准器和配套设备
设备名称
技术性能
标准水银温度计（一套7支）
准确度等级：二等
测量范围：(-30~300）℃
分度值：0.1℃
恒温油槽
/
（90～300）℃
/
制冷恒温槽
/
（-30～100）℃
/
零度恒温器
/
0℃
/
1.3、被测对象：
表2. 被测准温度计

普通温度计
分度值(℃)
0.1
温度范围(℃)
-30~300
1.4、测量方法：使用(-30~300）℃标准水银温度计校准，将标准水银温度计和被检工作用玻璃液体温度计按规定浸没方式垂直插入制冷恒温槽中，待示值稳定10min后，先后读取标准水银温度计和被检温度计的示值，分别计算算术平均值，得到标准温度计温度示值偏差和被检温度计的示值偏差的算术平均值。
JJG130-2011《工作用玻璃液体温度计检定规程》规定，标准温度计测得量值由温度计读数修正值给出。
标准温度计和被测温度计读数估计到分度值的1/10。
2、数学模型
　根据JJG130-2011，被检温度计的修正值d的计算公式为：
d=tb-ta+tx+a-a′
式中：tb——标准温度计确定的温度值。
ta——被检温度计指示的温度值。
tx——标准器在该温度点修正值。
a—标准器的零位。
a′-标准器新测的零位
根据实际工作经验，我们还考虑以下因素：
1.恒温槽温场的均匀性对示值的影响Δtc
2 .读数过程温度的波动对温度计因时间常数不同所造成的影响Δts
3.露出液柱的高度对tb，ta的影响。
因读数时温度计不可能真正全浸使用，露出的液柱段同时受到槽温和环境温度的影响，故不同的检定点、不同的环境温度以及插入深度的不同都引起露液段温度示值的微小变化。但由于规程对插如深度作了明确限制，且该项变化同时影响着标准和被检温度计，可以认为露出液柱对修正值的影响非常小，可忽略。综和上述因素，计算温度计修正值d的经验模型为：
d=Δt +tx+a-a′+Δtc+Δts (2)
式中：Δt = tb-ta
三.方差和灵敏系数：
3.1 灵敏系数：
对（2）式各分量求偏导，各分量的传播系数的绝对值均等于一。
3.2 方差：
设由Δt ，tx，a，a′，Δtc，Δts各量引入的标准不确定度分别为u1, u2 ,u3 ,u4 ,u5 和u6，以上各项彼此独立，则修正值的合成方差可表示为：
u2c= u21 +u22 +u23 +u24 +u25 +u26 (3)
四.输入量的标准不确定度的评定：
分量：
4.1 输入量ts的标准不确定度的评定u(ts)：
输入量ts的标准不确定度的主要来源如下：
4.1.1 标准水银温度计读数分辨力（估读）引入的标准不确定度u(ts1) ，用B类标准不确定度评定。 标准水银温度计的读数分辨力为其分度值的1/10，既0.01℃，则不确定区间半宽为0.01℃，按均匀分布处理。u(ts1)=0.01/≈0.006℃。
4.1.2 标准水银温度计读数时视线不垂直引入的标准不确定度u(ts2)，用B类标准不确定度评定。 标准水银温度计读数误差范围为±0.005℃，则不确定度区间半宽为0.005℃，按反正弦分布处理。u(ts2)=0.005/≈0.004℃。
4.1.3 由恒温槽温场不均匀性引入的标准不确定度u(ts3)，用B类标准不确定度评定。
恒温槽温场最大温差为0.01℃，则不确定度区间半宽为0.005℃，按均匀分布处理。
u(ts3)=0.005/≈0.003℃。
4.1.4 由恒温槽温场波动引入的标准不确定度u(ts4)，用B类标准不确定度评定。
恒温槽温场稳定性为±0.009℃/15min，则不确定度区间半宽为0.009℃，按均匀分布处理。
u(ts4)=0.009/≈0.005℃。
因为u(ts1)、u(ts2)、u(ts3)、u(ts4)互不相关，所以
0.008℃
4.2 输入量Δts 的标准不确定度u(Δts)
由修正值引入的标准不确定度u(Δts)，用B类标准不确定度评定。由标准水银温度计检定规程可知， 标准水银温度计检定结果的扩展不确定度U=0.04℃，包含因子k=2.所以u(Δts)=0.04/2=0.02℃。
4.3 输入量t的标准不确定度u(t)
输入量t的标准不确定度的主要来源如下：
4.3.1 被检温度计示值重复性引入的标准不确定度u(t1)，用A类不确定度评定。
将标准水银温度计和被检温度计同时以全浸方式放入恒定温度为50℃的制冷恒温槽中，待示值稳定后，进行10次等精度测量。分别计算修正值，其标准差s=0.014℃,故u(t1)= 0.014℃。
4.3.2 被检温度计的读数分辨力（估读）引入的标准不确定度u(t2)，用B类标准不确定度评定。
被检温度计的分度值为0.1℃，读数分辨力为其分度值的1/10，即0.01℃，则不确定度区间半宽为0.01℃，按均匀分布处理。u(t2)=0.01/≈0.006℃。
4.3.3 被检温度计读数时视线不垂直引入的标准不确定度u(t3)，用B类标准不确定度评定。
被检温度计读数时由于不垂直产生读数误差范围为±0.01℃，则不确定度区间半宽为0.01℃，按反正弦分布处理。u(t3)=0.01/≈0.007℃。
因u(t1)、 u(t2)、 u(t3)互不相关，所以
0.017℃
5、合成标准不确定度评定
5.1、主要标准不确定度汇总表
不确定度来源（）
℃

恒温槽温场均匀性u(ts3)
0.005

0.003℃
恒温槽温度稳定性u(ts4)
0.009

0.005℃
标准温度计检定结果的不确定度u(Δts)
0.04
2
0.02℃
被检温度计的示值重复性度u(t1)
0.014
1
0.014℃
标准水银温度计读数分辨力u(ts1)
0.01

0.006
标准水银温度计读数时视线不垂直u(ts2)
0.005

0.004
被检温度计的读数分辨力u(t2)
0.01

0.006
被检温度计读数时视线不垂直u(t3)
0.01

0.007
5.2、合成标准不确定度计算
以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以其合成标准不确定度为
uc(y)= ≈0.028℃
5.3、扩展标准不确定度计算
取p=95％,查t分布表，得包含因子k=2.01.则
U=kuc(y)=0.056℃≈0.06℃
6.对使用标准装置校准的测量不确定度评估（对其他检定点的评定）
6.1 根据规定，常规校准应对以下测量点进行检定，即需检定0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃共6个点。其测量不确定度见下表：
校准点
（℃）
不确定度分量（℃）
uc
（℃）
U
（℃）
(k＝2)
u(ts3)
u(ts4)
u(Δts)
u(t1)
u(ts1)
u(ts2)
u(t2)
u(t3)
0
0
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
10
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
20
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
30
0.003
0.005
0.02
0014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
40
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
50
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
其中，0℃点的检定不使用恒温槽，而是使用零度恒温器，温场均匀性引入的不确定度分量u(ts3)可忽略。
6.2 二等标准水银温度计标准装置的测量范围为（-30～300）℃，共有7支标准水银温度计，对使用其他标准水银温度计检定时的测量不确定度评估如下：
1）、（-30～20）℃，使用制冷恒温槽：
校准点
（℃）
不确定度分量（℃）
uc
（℃）
U
（℃）
(k＝2)
u(ts3)
u(ts4)
u(Δts)
u(t1)
u(ts1)
u(ts2)
u(t2)
u(t3)
-30
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
-20
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
-10
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
0
0
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
10
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
20
0.003
0.005
0.02
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.028
0.06
b）、对（100～150）℃、（150～200）℃、（200～250）℃、（250～300）℃测量范围的5支标准水银温度计，因为其测量不确定度分量与（0～50）℃的标准水银温度计u(ts3)、u(ts4)、u(Δts)不同，因此，其全部检定点的测量不确定度如下表：
校准点
（℃）
不确定度分量（℃）
uc
（℃）
U
（℃）
(k＝2)
u(ts3)
u(ts4)
u(Δts)
u(t1)
u(ts1)
u(ts2)
u(t2)
u(t3)
100
0.002
0.005
0.025
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.032
0.06
150
0.002
0.005
0.025
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.032
0.06
200
0.002
0.005
0.025
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.032
0.06
250
0.002
0.005
0.030
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.032
0.06
300
0.002
0.005
0.030
0.014
0.006
0.004
0.006
0.007
0.032
0.06

十、检定或校准结果的验证
选一只（50～100）℃，分辨力为0.1℃的水银温度计，用本装置检定后再由省、市计量院检定,检定结果如下：
被检点
（℃）
省院检定结果
修正值（℃）
市院检定结果
修正值（℃）
本装置检定结果
修正值（℃）
平均值（℃）
50
0.05
0.04
0.04
0.04
100
0.03
0.04
0.05
0.04
对比法进行验证

50℃：=0.01℃＜=0.05℃ 符合要求。
100℃：=0.01℃＜=0.05℃ 符合要求。

十一、结 论
该计量标准装置的重复性试验合格, 计量标准的稳定性考核合格,扩展不确定度验证合格，符合工作用玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计的要求，可以在本县范围内开展测量范围为（-30～-+300）℃的上述温度仪表的检定及校准工作。

十一、附加说明
检定规程
JJG130-2011《工作用玻璃液体温度计》
JJG226-2001《双金属温度计》
JJG310-2002《压力式温度计》

. . . .