恒温加热台温度偏差的测量不确定度评定.pdf

2023，32（3）福建分析测试Fujian Analysis&Testing恒温加热台温度偏差的测量不确定度评定范 译（苏州莱测检测科技有限公司，江苏苏州215000）收稿日期：2022-12-28作者简介：范译（1991），男，助理工程师，主要从事热工力学的计量检测、信息技术等工作。Email：摘要：恒温加热台主要用于提供一个温度可调节、均匀稳定的平面温场，广泛用于半导体器件焊接加工，以及材料理化分析及生物工程等领域。随着相应的校准规范的发布与实施，规范恒温加热台的校准工作迫在眉睫，测量不确定度的评定更能更加体现校准工作的严谨性，本文依据相应的校准规范，简述恒温加热台的校准条件、校准项目及方法，对恒温加热台温度偏差的测量不确定度进行评定。关键词：恒温加热台、校准条件、校准项目及方法、测量不确定度评定中图分类号：TH837文献标识码：A文章编号：1009-8143（2023）03-0052-03Doi:10.3969/j.issn.1009-8143.2023.03.10Evaluation of Measurement Uncertainty of Temperature Deviation of Constant Temperature Heating PlatformFan Yi（Suzhou LECC Testing Technology Co.，Ltd，Suzhou，Jiangsu 215000，China）Abstract:The constant temperature heating platform is mainly used to provide a temperature adjustable，uniform and stableplane temperature field，which is widely used in semiconductor device welding processing，material physical and chemicalanalysis，bioengineering and other fields.With the release and implementation of the corresponding calibration specifications，it is extremely urgent to standardize the calibration of the thermostatic heating platform，and the evaluation of measurement uncertainty can more reflect the preciseness of the calibration work.This paper，based on the corresponding calibration specifications，briefly describes the calibration conditions，calibration items and methods of the thermostatic heatingplatform，evaluate the measurement uncertainty of the temperature deviation of the constant temperature heating platform.Key words：constant temperature heating platform；calibration conditions；calibration items and methods；evaluation of measurement uncertainty引言恒温加热台通常由内嵌加热装置及温度传感器的加热平台，带显示功能的温度控制器（可与加热平台合为一体）和防护结构组成。温度控制器读取温度传感器的测量值，通过PID等控制算法调节加热装置输出，使工作平面温场达到平衡稳定。目前，各计量检测机构可以依据JJF（军工）256-2020恒温加热台校准规范1对恒温加热台进行校准。1校准条件JJF（军工）256-2020恒温加热台校准规范 适用 于 温 度 范 围 为（50400），长 宽 高 不 大 于500mm500mm（或直径不大于 500mm）的恒温加热台校准。1.1校准环境条件（a）环境温度235，环境温度波动不超过2不确定度评定522023，32（3）相对湿度：85%RH（b）供电电源（22022）V、频率（501）Hz（c）无影响正常校准工作的震动、电磁场、气流及热源干扰。1.2校准用标准器多通道表面温度计与绝缘电阻表，校准用标准器的技术要求见表1。表1校准用标准器的技术要求序号12设备名称多通道表面温度计绝缘电阻表技术指标不少于5通道，自重式；测量范围：50400；测量不确定度：U=1.2，k=2直流电压500V，10级用途校准用主标准器测量恒温加热台的绝缘电阻备注通常可采用表面温度计和带参考端温度补偿的温度数据采集仪组成/2校准项目2.1校准项目恒温加热台的温度偏差、温度波动度、温度均匀度。恒温加热台校准项目的技术要求见表2。表2恒温加热台的技术要求校准项目温度偏差温度波动度温度均匀性技术要求5.010.01.05.03测量不确定度的评定23.1校准用标准器的基本信息如下表3。表3校准用标准器的基本信息名称多通道表面温度计型号AM-9200测量范围（-50500）技术指标U=1.1k=23.2被检恒温加热台的基本信息如下表4。表4被检仪器的基本信息设备名称恒温加热台型号ZB1515JR测量范围（50400）3.3被检恒温加热台的测量采用直接测量法，布点示意图如图3。12453图33.4数学模型Tmax=max()Tij+Ti-Ts式中：Tmax温度上偏差，；Tij多通道表面温度计在布点i第j次测量的温度读数，；Ti多通道表面温度计对应通道布点i的温度修正值，；Ts设定温度，。注：温度上下偏差不确定度来源及数值相同，本文仅以上偏差为例进行测量不确定度的评定。3.5标准不确定度的主要来源（a）被校恒温加热台测量重复性引入的标准不确定度u1（b）被校恒温加热台温度设定值分辨力引入的标准不确定度u2（c）多通道表面温度计温度修正值引入的标准不确定度u3（d）多通道表面温度计温度稳定性引入的标准不确定度u4（e）多通道表面温度计显示分辨力引入的标准不确定度u53.5.1被校恒温加热台测量重复性引入的标准不确定度u1以校准点 200为例，在校准规范规定的条件下，对被校恒温加热台在200条件下进行10次独立重复测量，测得数据如下表5。根据贝塞尔公式s=n=1n()Tmax,n-Tmax)2(n-1)范译：恒温加热台温度偏差的测量不确定度评定532023，32（3）福建分析测试不确定度评定得到其单次实验标准偏差，标准不确定度u1=sn取五个布点的测量重复性最大值，则u1 0.073.5.2被校恒温加热台温度设定值分辨力引入的标准不确定度u2表5校准点/200被检读数/测量次数n12345678910布点1199.3199.3199.4199.5199.4199.4199.4199.3199.3199.5布点2198.3198.3198.2198.5198.4198.6198.5198.7198.9198.7布点3198.6198.7198.5198.5198.7198.9198.9198.6198.6198.4布点4199.1199.2199.2199.1198.9198.9198.7199.1199.1199.2布点5199.2198.9198.9198.8198.6198.7199.2199.1198.6198.7对于数字设定的温度控制器，设定值偏差来源于设定值的分辨力。被检恒温加热台的温度设定值分辨力1，取半宽区间为0.5，按均匀分布，则u2=0.53 0.293.5.3多通道表面温度计温度修正值引入的标准不确定度u3由溯源证书可得，多路通道表面温度计温度修正值的扩展不确定最大值U=1.1 k=2，则u3=1.12=0.553.5.4多通道表面温度计温度稳定性引入的标准不确定度u4多通道表面温度计溯源校准及首次内部期间核查的温度变化不大于0.8，按均匀分布，则：u4=0.83 0.473.5.5多通道表面温度计显示分辨力引入的标准不确定度u5多通道表面温度计分辨力为0.1，取半宽区间为0.05，按均匀分布，则u5=0.053 0.033.6合成标准不确定度uc由于各输入量之间，彼此独立不相关，则uc=u12+u22+u32+u42+u52 0.793.7扩展不确定度U选定置信概率为p=95%，取包含因子k=2，则扩展不确定度U为包含因子k与合成标准不确定度uc的乘积，即U=kuc，则U=2 0.79 1.6以此类推，计算出各温度测量点的扩展不确定度如下表校准点50100200300400U（k=2）1.41.51.61.61.43.8校准和测量能力（CMC）综上所述，对于恒温加热台的测量不确定度结果表示为如下表6。表6项目温度测量范围（50400）U（k=2）1.64结束语随着JJF（军工）256-2020恒温加热台校准规范 的实施，恒温加热台的校准工作会越来越规范，同时对生厂厂家也起到了一定的约束作用。笔者结合实际工作，简述恒温加热台的校准，对恒温加热台的测量不确定度进行评定，希望可以为恒温加热台的校准提供有益的帮助。参考文献1 JJF（军工）256-2020，恒温加热台校准规范S.2 JJF 1059.1-2012，测量不确定度评定与表示S.54