二等铂电阻温度计标准装置技术报告.doc

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：T04型低电势扫描开关标 被 被 被准 检1检2 检n冰点槽或恒温油槽数字多用表 图（一）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。三、选用的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证书号标准铂电阻温度计WZPB-2(0419.75)二等 昆明大方自动控制公司03198RG20081021J主要配套设备数字多用表KEITHLEY2000100-1206 1/2位美国吉时利仪器公司1131423DC20084139J恒温油槽HWC-Y(室温300) 温差U=1mK k=2;波动度U=2 mK k=2 山东省计量仪器实验厂2007027T22-20070632自动扫描开关T04U=0.1V k=2山东省计量仪器实验厂2007008T22-20070635冰点槽自制四、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：（0419.75）2、 数字多用表型号：KEITHLEY2000准确定：0.005测量范围：100-120五、环境条件项 目要 求实际情况结论温 度（205）（222）符合规程要求湿 度80%RH75%RH符合规程要求六、计量标准的量值溯源和传递框图上级社会公用计量器具一等标准铂电阻温度计WZPB测量范围：（0419.527）准确度等级:一等陕西省计量科学研究院定点法和比较法本单位计量器具二等标准铂电阻温度计测量范围(0419.527) 准确度等级:二等比较法工作用计量器具工业用铂、铜热电阻测量范围(0500)准确度等级：工业A、B级七、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S1S，其中S1：观测值的实验标准差；S：不确定度评定中S值。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 次序号12345678910测量值100.0902100.0901100.0911100.0917100.0912100.0904100.0915100.0910100.0911100.0920通过计算求得100.09103实验标准差： 0.00070由于S1S （不确定度评定中 S7.35104） 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，测量得的数据如下表二所示： 表二 工业用Pt100热电阻0测量数据 次序号12345678910测量值138.6542138.6541138.6541138.6547138.6542138.6544138.6545138.6549138.6547138.6550通过计算求得138.6545实验标准差： 0.0032由于S1S （不确定度评定中 S3.4103） 所以重复性符合要求。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： 表三 工业用铂热电阻在0时在一年内测量的四组数据 次序号12345678910平均值时间测得值 2007年7月100.0904100.094100.091100.0910100.0910100.0910100.0920100.0912100.0912100.0910100.091042007年11月100.0918100.0918100.0903100.0903100.0907100.0910100.0920100.0902100.0908100.0908100.090762008年3月100.0911100.0911100.0919100.0919100.0910100.0904100.0902100.0912100.0908100.0911100.091212008年7月100.0917100.0915100.0902100.0901100.0920100.0906100.0904100.0904100.0912100.0918100.09099 根据以上四组数据，测得稳定性为： Imax-Imin=100.09121-100.09076=0.00045由于Imax-Imin U95=0.024 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 次序号12345678910平均值时间测得值 2007年8月138.7065138.7075138.7060138.7052138.7062138.7087138.7054138.7060138.7056138.7068138.706392007年12月138.7063138.7085138.7021138.7088138.7095138.7090138.7050138.7062138.7088138.7068138.707102008年4月138.7088138.7099138.7064138.7078138.7090138.7074138.7082138.7092138.7068138.7051138.707862008年8月138.7087138.7065138.7082138.7091138.7090138.7096138.7094138.7084138.7092138.7098138.70879 根据以上四组数据，测得稳定性为： Imax-Imin=138.70879-138.70639=0.0024由于Imax-Imin U95=0.033 所以该标准装置的稳定性符合要求。 九、测量不确定度的评定1概述1.1 测量依据：JJG229-1998工业铂、铜热电阻检定规程。1.2 环境条件：温度为1535、相对湿度不大于80%。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 0 0.35 0.15 A级 100 0.800.30 B级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）。2 数学模型 Rt=Rx+(dR/dt)tt (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;t 检定槽温度偏离检定值。t=( Rt*- Rx*)/(dR/dt)t* (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R*=( Rt*- Rx*)，则（1）式可得 Rt=Rx+(dR/dt)t（R*（(dR/dt)t*） (3)式(3)为评定的数学模型。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。检定数据如表（二）所示。表（二）（a）在0时次器 号数1231100.0902100.0904100.09482100.0901100.0902100.09443100.0917100.0906100.09564100.0920100.0906100.09545100.0904100.0910100.09526100.0906100.0920100.09307100.0915100.0902100.09468100.0920100.0920100.09509100.0912100.0912100.094810100.0918100.0918100.0952平均100.09115100.091100.09480.0007575550.0007080220.000730297 合并样本标准差sp为 7.35104 （x1）=27实际测量以4次测量值平均值为测量结果，所以 u（x1）=3.68104 （b）在100时次器 号数1231138.7065138.6597138.70482138.7080138.6608138.71443138.7072138.6574138.71564138.7078138.6622138.71545138.7070138.6595138.71526138.7074138.6588138.71307138.7077138.6620138.71468138.7074138.6609138.71509138.7077138.6599138.714810138.7069138.6632138.7152平均138.7074138.6604138.71384.610-33.410-35.610-3合并样本标准差sp为 4.62103 （x1）=27实际测量以4次测量值平均值为测量结果，所以 u（x1）=2.311033.1.2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a0.010.379/3.79103，在区间内可以认为均匀分布， ， 2.19103估计为10，则其自由度（x1）50。3.1.3 电测设备引入的标准不确定度分项u（x3）对A级铂热电阻：0时，不确定度区间的半宽为1000.0050.005，在区间内可认为均匀分布， u（x3）2.89103100时，不确定度区间的半宽为138.50.0050.0069，在区间内可认为均匀分布， u（x3）3.98103对B级铂热电阻：0时，不确定度区间的半宽为1000.020.02，在区间内可认为均匀分布， u（x3）0.012100时，不确定度区间的半宽为138.50.020.0277，在区间内可认为均匀分布， u（x3）0.016估计不可靠性为10，则其自由度（x3）50。3.1.4 二等标准铂电阻温度计不确定度引入的标准不确定度分项u（x4）0时，根据检定规程规定，Rtp的检定周期不稳定性为5mK,合电阻4.99104,属正态分布， u（x4）4.99104/31.66104同理，100时，根据检定规程规定，Rtp的检定周期不稳定性为12mK,合电阻1.16103,属正态分布， u（x4）1.16103/33.87104其估计值不可靠性为10，则其自由度（x4）50。3.1.5 水三相点并复现0.01引入的标准不确定度分项u（x5）u（x5）是由于水的三相点中微量残余气体、水是杂质、水分子中氢与氧及同位素成分的影响、静压力修正不准等原因引起的。中国计量科学院提供水的三相点的不确定度为0.3 mK，服从均匀分布，不确定度分量为0.17mK，合电阻值1.69105： u（x5）1.69105估计为10，则其自由度（x5）50。3.1.6标准不确定度u(x),即u(Rx)的计算在0时，对A级铂热电阻： 2.91103（x）=53对B级铂热电阻： =0.012（x）=50在100时，对A级铂热电阻： 5.17103（x）= 73对B级铂热电阻： 0.016（x）= 503.2 的标准不确定度的评定标准不确定度，记作。的取值是由实验得出的平均值，与实际值有差异。t=0时,对A级铂热电阻： 由实验得出其不确定度为1.02103/，服从正态分布，k=3, u(y)=4.0104/对B级铂热电阻： 由实验得出其不确定度为1.99103/，服从正态分布，k=3, u(y)=6.6104/t=100时,对A级铂热电阻： 由实验得出其不确定度为0.985103/，服从正态分布，k=3, u(y)=3.3104/对B级铂热电阻： 由实验得出其不确定度为2.0103/，服从正态分布，k=3, u(y)=6.7104/自由度 （y）n-1=993.3R*(t)的标准不确定度的评定标准不确定度，记作u(z),由3个不确定度分项构成。3.3.1 二等标准铂电阻温度计不确定度引入的标准不确定度分项u(z1)0时，根据检定规程规定Rtp的检定周期不稳定性为5m K,合电阻4.99104，属正态分布， u(z1)= 4.99104/3=1.66104同理，100时，根据检定规程规定Rtp的检定周期不稳定性为12m K,合电阻1.16103，属正态分布， u(z1)= 1.16103/3=3.87104其估计值不可靠性为10，则其自由度（z1）50。3.3.2 电测设备引入的标准不确定度分项u(z2) 由于是测量是测量，即它们公用部分的不确定度可以抵消，因此产生影响的只是差值部分。0时，是用自来水冻冰，它偏离0的最大偏差为0.03，相当于0.03，则变动盘最大可认为是0.01。对A级铂电阻：不确定度区间的半宽度为0.010.0055107，在区间内可认为均匀分布，k=, u(z2)= 2.89107(可忽略不计)对B级铂电阻：不确定度区间的半宽度为0.010.022106，在区间内可认为均匀分布，k=, u(z2)= 1.15106(可忽略不计)100时，由于规程规定检定时偏离100的最大偏差为2，相当于0.2，则变动盘最大可认为是1。对A级铂电阻：不确定度区间的半宽度为10.0055105，在区间内可认为均匀分布，k=, u(z2)= 2.89105对B级铂电阻：不确定度区间的半宽度为10.022106，在区间内可认为均匀分布，k=, u(z2)= 1.15104估计为10，则其自由度（z2）50。3.3.3水三相点并复现0.01引入的标准不确定度分项u（x5）u（z3）是由于水的三相点中微量残余气体、水是杂质、水分子中氢与氧及同位素成分的影响、静压力修正不准等原因引起的。中国计量科学院提供水的三相点的不确定度为0.3 mK，服从均匀分布，不确定度分量为0.17mK，合电阻值1.69105： u（ z3）1.69105估计为10，则其自由度（z3）50。3.3.4标准不确定度u(z),即u（）的计算 对A级铂热阻：0时， u(z)= =1.67104 （z）=51100时， u(z)= =3.88104 （z）=51对B级铂热阻：0时， u(z)= =1.67104 （z）=51100时， u(z)= =4.04104 （z）=593.4的标准不确定度 的评定标准不确定度，即的取值是由统计规律得出的平均值，与实际值有差异。t=0时，由实验得出其不确定度为8.98105/，服从正态分布，k=3, =2.99105/t=100时，由实验得出其不确定度为8.7105/，服从正态分布，k=3, =2.9105/其自由度（d）=n-1=994 合成标准不确定度的评定4.1 灵敏系统数学模型 Rt=Rx+(dR/dt)tR*/(dR/dt)t*灵敏系统 c1=1 0时， c2=0.02 c3=3.91 c4=-0.08100时，c2=2 c3=3.97 c4=-7.64.2标准不确定度汇总表（见表三） 表三 标准不确定度汇总表标准不确定度 u(xi)不确定度来源标准不确定度灵敏系数|ci|u(xi)自由度u(x)u(x1)u(x2)u(x3)u(x)测量的重复性水沸点槽或油恒温度槽插孔之间的温差电测设备引入三相点并复现0.01时引入取值误差二等标准铂电阻温度计传递误差电测设备引入三相点并复现0.01引入A级铂热电阻0时2.91103100时5.17103B级铂热电阻0时0.012100时0.0160时3.68104100时2.311032.19103A级铂热电阻0时2.89103100时3.98103B级铂热电阻0时0.012100时0.0161.16105A级铂热电阻0时4.0104/100时3.3104/B级铂热电阻0时0.66103/100时0.67103/A级铂热电阻0时167104100时3.88104B级铂热电阻0时167104100时4041040时166104100时3.87104A级铂热电阻0时2.89107100时2.89105B级铂热电阻0时115106100时1.151041.161050时2.99105/100时2.9105/ 1 10时0.02100时0时0.08100时7.6A级铂热电阻0时2.91103100时5.17103B级铂热电阻0时0.012100时0.0160时0.24105100时2.21045373505051515159994.3合成标准不确定度的计算A级铂热电阻：0时， = =2.98103100时， =5.33103B级铂热电阻：0时， =0.012100时， =0.0164.4合成标准不确定度的有效自由度对A级铂热电阻：0时， 56100时， 对B级铂热电阻：0时， 100时， 5 扩展不确定度的评定对A级铂热电阻：0时，取置信概率p=95%,有效自由度eff=56,为方便使用，取eff=50，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到kp=t95(50)=2.01,扩展不确定度 U95t95(50)uc=2.012.9810-3=6.0010-3换算成温度 U950.016100时，取置信概率p=95%,有效自由度eff=135,为方便使用，取eff=100，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到kp=t95(100)=1.984,扩展不确定度 U95t95(100)uc=1.9845.3310-3=0.011换算成温度 U950.029对B级铂热电阻：0时，取置信概率p=95%,有效自由度eff=46,为方便使用，取eff=45，对最后结果不会产生太大的影响，查分布表得到kp=t95(45)=2.01,扩展不确定度 U95t95(45)uc=2.010.012=0.024换算成温度 U950.066100时，取置信概率p=95%,有效自由度eff=50,查分布表得到kp=t95(50)=2.01,扩展不确定度 U95t95(50)uc=2.010.016=0.033换算成温度 U950.0886 测量不确定度的报告与表示工业铂热电阻值的测量结果的不确定度，对A级铂热电阻：0时， U950.016 eff=50100时， U950.029 eff=100对B级铂热电阻：0时， U950.062 eff=45100时， U950.088 eff=50十、计量标准的测量不确定度验证采用传递比较法对该套计量标准进行不确定度验证。被考核的计量标准为二等标准铂电阻温度计，即以二等标准器检定或校准工业用铂铜热电阻。在100时，1、 选择一支工业用B级铂热电阻，用本标准在100点测得的数据为Y1=138.6912;2、 根据第八项不确定度评定知该点用本标准测得不确定度U=U95=0.033,k=2;3、 将该铂热电阻送上一级用一等标准铂电阻温度计测得Y=138.6880;4、 根据上级标准对测量点的不确定度U0=U95=.016,k=2;5、 由以上测得的数据，得到 由于 不成立，但两结果之差满足式 故不确定度符合要求。在0时，1、 选择一支工业用B级铂热电阻，用本标准在0点测得的数据为Y1=100.0923;2、 根据第八项不确定度评定知该点用本标准测得不确定度U=U95=0.024,k=2;3、 将该铂热电阻送上一级用一等标准铂电阻温度计测得Y=100.0889;4、 根据上级标准对测量点的不确定度U0=U95=.012,k=2;5、 由以上测得的数据，得到 由于 不成立，但两结果之差满足式故不确定度符合要求。十一、结论本标准的扩展不确定度和有效自由度如下：A级铂热电阻：0时， U950.016 eff=50100时， U950.029 eff=100B级铂热电阻：0时， U950.062 eff=45100时， U950.088 eff=50符合检定要求，可以开展量工业铂电阻温度计的检定工作。十二、附加说明1、JJG229-98工业铂、铜热电阻检定规程1份2、标准装置及配套设备检定证书各1份3、标准装置操作程序1份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建立计量标准单位 榆林市计量测试所 计量标准负责人 刘 向 侠 筹建起止日期 2007年6月2009年4月