二等鉑電阻溫度計標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定

摘要:文章對二等鉑電阻溫度計標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度進行表示和評定，在實際運用中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)、人員、環(huán)境、方法等不確定度分量的評定，不確定度是測量工作的質(zhì)量和測量結(jié)果可信賴程度的評價。按JJF1059—2012、JJG229—2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對計量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度進行了詳細分析，并按JJF(軍工)3—2012要求對計量標(biāo)準(zhǔn)進行了重復(fù)性和穩(wěn)定性考核，最后給出了計量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定。本文的研究結(jié)果可以為熱工類計量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度評定提供一定的參考意義。
       不確定度是與測量結(jié)果相聯(lián)系的，用以表征測量分散性。不確定度用以說明標(biāo)準(zhǔn)檢定測試水平，作為量值溯源的依據(jù)。一個測量結(jié)果，只有當(dāng)知道它的測量不確定度時才有意義，才能表明該測量結(jié)果的可信賴程度。下面依托泰安磐然ZRJ-03熱工檢定系統(tǒng)，按照J(rèn)JG229—2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》的規(guī)定，分析二等鉑電阻溫度計不確定度來源、進行不確定度評定。
1測量方法
       依據(jù)JJG229—2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》的規(guī)定，采用比較法進行測量被檢熱電阻在0℃、100℃的電阻值R0、R100。
2數(shù)學(xué)模型

3計量標(biāo)準(zhǔn)的測量器具及配套設(shè)備(表1)

4不確定度來源
       該標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的主要來源有:重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA;恒溫槽溫場引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2;電測設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量uB3;熱工自動檢測系統(tǒng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確·定度分量;標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB4。
5標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
5.1重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA
       選一支分度號為Pt100，編號為20048042的鉑熱電阻為被檢，使用編號為88548的二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計，分別在0、100℃做6次重復(fù)測量，計算出每個溫度點R0、R100的算術(shù)平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s(x)，得出:snt=0℃=0.0004℃、snt=100℃=0.0004℃。
檢定時的實際測量次數(shù)為:N=2

5.2恒溫槽溫場引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2
5.2.1恒溫槽溫場不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB21
       根據(jù)檢定規(guī)程的要求，檢定用標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽溫場最大溫度差為0.02℃。半寬度為0.01℃，假設(shè)為均勻分布，取k=/3，則
uB21(0℃)=0.01℃/3=0.006℃
uB21(100℃)=0.01℃/3=0.006℃
5.2.2恒溫槽溫度波動引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB22
       根據(jù)檢定規(guī)程的要求，恒溫槽溫場波動度為0.04℃，半寬度為0.02℃，假設(shè)為均勻分布，取k=/3，則由恒溫槽溫場波動引入的不確定度分量為:

5.3電測設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量uB3
       由2000型數(shù)字多用表誤差計算公式，0℃時測得熱電阻為:(100×讀數(shù)+40×量程)10^－6Ω;100℃時測得熱電阻為:(100×讀數(shù)+10×量程)10^－6Ω，
已知R(0℃)=100Ω、R(100℃)=138.51Ω分別代入公式計算。
       將熱電阻在0℃時的電阻值帶入數(shù)字多用表誤差計算公式得:0℃時的相對電阻值URa(0℃)=(100×100+40×100)×10^－6=0.014(Ω)。
       由數(shù)字多用表測得0℃熱電阻阻值，計算出溫度變化1℃對應(yīng)的熱電阻變化量ΔR(0℃)=0.39Ω/℃。再由URa(0℃)/ΔR(0℃)=0.036℃=URa(0℃)，得出熱電阻在0℃時的相對溫度URa(0℃)。
按均勻分布uB3(0℃)=0.036℃/3=0.021℃。同理UR(100℃)=(100×138.51+10×1000)×10^－6=0.024(Ω)
ΔR(100℃)=0.39Ω/℃，UR(100℃)=0.024/0.39=0.062(℃)
按均勻分布uB3(100℃)=0.062/3=0.036(℃)。
由轉(zhuǎn)換開關(guān)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量很小，可以忽略不計。
5.4標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB4
5.4.1由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定證書給出值的不確定度分量uB41
       由上級技術(shù)機構(gòu)檢定證書得知，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的不確定度為:U99=11mK，(k=2.58)，則由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計引入的不確定度為:
uB41(0℃)=11mK/2.58=4.26mK=0.00426℃
uB41(100℃)=11mK/2.58=4.26mK=0.00426℃
5.4.2標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計產(chǎn)生自熱效應(yīng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB42
       由JJG160—2007《標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程》可知，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計自熱不超過4mk(0.004℃)，假設(shè)均勻分布，k=/3。
uB42=0.004℃/3=0.0023℃
5.4.3標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB43
       根據(jù)JJG160—2007《標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程》規(guī)程規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計年變化不超過10.0mk(0.01℃)。

6測量標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性
       選一支分度號為Pt100，鉑熱電阻為被檢，使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計，分別在0、100℃做6次重復(fù)測量，計算各檢定溫度點的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差sn，得出:0℃、100℃時sn＜2/3uc，該標(biāo)準(zhǔn)測量重復(fù)性符合要求。
7測量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性
       由二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計近五年的檢定證書可知Rtp，每兩年測量一次，共測得3個數(shù)據(jù)，根據(jù)JJG160—2007規(guī)程規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定周期內(nèi)Rtp的穩(wěn)定性為Δttp=10.0mk=0.01℃，測量結(jié)果均滿足Δt≤Δttp。該標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性符合要求。
8結(jié)束語
       該測量標(biāo)準(zhǔn)裝置在0～200℃測量范圍，擴展不確定度為U0℃=0.05℃，U100℃=0.08℃，k=2。重復(fù)性、穩(wěn)定性驗證結(jié)果均符合要求，檢定人員具備有效資質(zhì)證書，配套設(shè)備完整性能良好，技術(shù)資料齊全，環(huán)境條件適宜，符合檢定規(guī)程要求可以開展A級及以下工業(yè)鉑、銅熱電阻的檢定工作。