二等铂电阻温度计标准装置技术报告 (2)

2 数学模型
Rt=Rx+(dR/dt)tΔt
(1)
式中：Rt——— t 温度时被检实际电阻值;；
Rx------ t 温度附近 x℃时被检测得的电阻值;
(dR/dt)t——— t 温度时被检温度计电阻随温度的变化率;
Δt——— 检定槽温度偏离检定值。
9
Δt=( Rt*- Rx*)/(dR/dt)t*
T04 型低电势扫描开关
标被被 被 准 检1检2 检n
冰点槽或恒温油槽
图（一）
数字多用表
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。
1
三、选用的计量标准器及主要配套设备
名称
型号
测量范围
计 量
标准铂电阻 WZPB-2
标 准 温度计 器
(0—419.75)℃
不确定度或 准确度等级
7
根据以上四组数据，测得稳定性为： Imax-Imin=138.70879-138.70639=0.0024Ω
由于 Imax-Imin <U95=0.033Ω 所以该标准装置的稳定性符合要求。
8
九、测量不确定度的评定
1 概述
1.1 测量依据：JJG229-2010«工业铂、铜热电阻检定规程»。
1.2 环境条件：温度为 15℃~35℃、相对湿度不大于 80%。
（b）在 100℃时
次
器
号
数
1
2
1
138.7065
138.6597
2
138.7080
138.6608
3
138.7072
138.6574
4
138.7078
138.6622
5
138.7070
138.6595
6
138.7074
138.6588
7
138.7077
138.6620
8
138.7074
138.6609
实际测量以 4 次测量值平均值为测量结果，所以
u（x1）= Sp 2.31×10－3Ω 4
3.1.2 水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（x2） 水沸点槽各插孔之间的温差最大为 0.01℃，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 0.01℃。 不确定度区间的半宽度为 a＝ t • dR ＝0.01℃×0.379Ω/℃＝3.79×10－3Ω，在区间内可 dt
下表二所示：
表二 工业用Pt100 热电阻 0℃测量数据
Ω
次序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
测量值 138. 138.65 138.65 138.65 138.65 138.65 138.65 138.65 138.65 138.65
6542 41
41
47
42
44
45
49
47
50
通过计算求得 x ＝138.6545 实验标准差：
0℃时， 被测量对象选择一支工业用 Pt100 热电阻 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Pt100 热电阻 0℃测量数据
Ω
次序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
测量值 100. 100.09 100.09 100.09 100.09 100.09 100.09 100.09 100.09 100.09
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：
U=2 mK k=2 U=0.1µV k=2
山东省计量 仪器实验厂
2
四、计量标准的主要技术指标
1、 标准铂电阻温度计 型号：WZPB-2 准确定：二等 测量范围：（0∽419.75）℃ 2、 数字多用表 型号：KEITHLEY2000 准确定：0.005 测量范围：100µΩ-120ΜΩ
五、环境条件 项目 温度 湿度
8
100.0920
100.0920
9
100.0912
100.0912
10
100.0918
100.0918
平均
Si
n
( Xi X )2
i 1
n1
100.09115 0.000757555
100.091 0.000708022
合并样本标准差 sp 为
Sp
3
Si2
i 1
3
＝7.35×10－4Ω
ν（x1）=27
以认为均匀分布， k 3 ，
u(x2) a ＝2.19×10－3Ω 3
估计 u(x2) 为 10％，则其自由度 ν（x1）＝50。 u ( x 2)
1.3 测量标准：二等标准铂电阻温度计。测设备为 KEITHLEY2000 型 6 1/2 位数字多用表。
规程规定检定 A 级铂热电阻电测设备应引用修正值，则相对误差为±0.005%。
1.4 被测量对象：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
℃
等级
温度
100
或 最大允许误
差
制造厂及 出厂编号
二等
昆明大方自
动控制公司
检定 证书号
数 字 多 用 KEITHLEY2000 100µ Ω -120 Μ 6 1/2 位
美国吉时利仪
表
Ω
器公司
恒温油槽 主
HWC-Y
要
配
套 设 自 动 扫 描 T04 备 开关
冰点槽
自制
(室温—300) ℃ 温 差 U=1mK 山东省计量 k=2; 波 动 度 仪器实验厂
138.7064 138.7078 138.7090 138.7074 138.7082 138.7092 138.7068 138.7051 138.70786 138.7082 138.7091 138.7090 138.7096 138.7094 138.7084 138.7092 138.7098 138.70879
9
138.7077
138.6599
10
138.7069
138.6632
平均
Si
n
( Xi X )2
i 1
n1
138.7074 4.6×10-3
138.6604 3.4×10-3
合并样本标准差 sp 为 Sp
3
Si2
i 1
3
＝4.62×10－3Ω
12
ν（x1）=27
3 138.7048 138.7144 138.7156 138.7154 138.7152 138.7130 138.7146 138.7150 138.7148 138.7152 138.7138 5.6×10-3
0902 01
11
17
12
04
15
10
11
20
通过计算求得 x ＝100.09103 实验标准差：
10
2
xi x
s1
i 1
n 1
＝0.00070Ω
由于 S1<S （不确定度评定中 S＝7.35×10－4Ω）
所以重复性符合要求。
100℃时，
被测量对象选择一支工业用 Pt100 热电阻 100℃为观测点进行连续10 次测量，测量得的数据如
定数据如表（二）所示。
10
表（二）
（a）在 0℃时
次
器
号
数
1
2
1
100.0902
100.0904
2
100.0901
100.0902
3
100.0917
100.0906
4
100.0920
100.0906
5
100.0904
100.0910
6
100.0906
100.0920
7
100.0915
100.0902
0
A级
0.15
0.35
B级
0.30
0.80
1.5 测量参数与测量方法
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）。
根据以上四组数据，测得稳定性为： Imax-Imin=100.09121-100.09076=0.00045Ω
由于 Imax-Imin <U95=0.024Ω
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
Ω
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 100.09 100.09
100.091 100.0910 100.0910 100.0910 100.0920 100.0912 100.0912 100.0910 100.09104
(2)
式中:Rt*——— t 温度时标准温度计的电阻值；
Rx*------ x℃时标准温度计测得的电阻值;
(dR/dt)t*——— t 温度时标准温度计电阻随温度的变化率;
令ΔR*=( Rt*- Rx*)，
则（1）式可得
Rt=Rx+(dR/dt)t·（ΔR*（(dR/dt)t*）
(3)
式(3)为评定的数学模型。
5
2007年12月 138.7063 138.7085 138.7021 138.7088 138.7095 138.7090 138.7050 138.7062 138.7088 138.7068 138.70710
2008年4月 138.7088 138.7099 2008年8月 138.7087 138.7065
5
10
2
xi x
s1
i 1
n 1
＝0.0032Ω
由于 S1<S （不确定度评定中 S＝3.4×10－3Ω）
所以重复性符合要求。
6
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：
要求 （20±5）℃
≤80%RH
实际情况 （22±2）℃
≤75%RH
结论 符合规程要求 符合规程要求
3
六、计量标准的量值溯源和传递框图
上
级
社
一等标准铂电阻温度计 WZPB
会
测量范围：（0~419.527）℃
公
准确度等级:一等
XX 省计量科学研究院
用
计
量
器
具
定点法和比较法 本
单
位
计
二等标准铂电阻温度计
量
测量范围(0~419.527) ℃
器
准确度等级:二等
具
比较法
工
作
用
计
工业用铂、铜热电阻
量
测量范围(0~500)℃
器
准确度等级：工业 A、B 级
具
4
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 S1<S，其中 S1：观 测值的实验标准差；S：不确定度评定中 S 值。
表三 工业用铂热电阻在 0℃时在一年内测量的四组数据
Ω
次序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
时Hale Waihona Puke 测得值2007年8月 138.706 138.7075 138.7060 138.7052 138.7062 138.7087 138.7054 138.7060 138.7056 138.7068 138.70639
04 4
2007年11月 100.0918 100.0918 100.0903 100.0903 100.0907 100.0910 100.0920 100.0902 100.0908 100.0908 100.09076
2008年3月 100.0911 100.0911 100.0919 100.0919 100.0910 100.0904 100.0902 100.0912 100.0908 100.0911 100.09121 2008年7月 100.0917 100.0915 100.0902 100.0901 100.0920 100.0906 100.0904 100.0904 100.0912 100.0918 100.09099
实际测量以 4 次测量值平均值为测量结果，所以
3 100.0948 100.0944 100.0956 100.0954 100.0952 100.0930 100.0946 100.0950 100.0948 100.0952 100.0948 0.000730297
11
u（x1）= Sp 3.68×10－4Ω 4
3 输入量的标准不确定度的评定
3.1 输入 Rx的标准不确定度 u（Rx）的评定 标准不确定度 u（Rx），记作 u（x），由 4 个不确定度分项构成。
3.1.1 测量的重复性 u（x1）（A 类标准不确定度）
u（x1）是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