二等鉑電阻溫度計標準裝置不確定度評定

摘要:文章對二等鉑電阻溫度計標準裝置不確定度進行表示和評定，在實際運用中應注意標準、人員、環境、方法等不確定度分量的評定，不確定度是測量工作的質量和測量結果可信賴程度的評價。按JJF1059—2012、JJG229—2010標準規定，對計量標準裝置不確定度進行了詳細分析，并按JJF(軍工)3—2012要求對計量標準進行了重復性和穩定性考核，最后給出了計量標準裝置不確定度評定。本文的研究結果可以為熱工類計量標準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果相聯系的，用以表征測量分散性。不確定度用以說明標準檢定測試水平，作為量值溯源的依據。一個測量結果，只有當知道它的測量不確定度時才有意義，才能表明該測量結果的可信賴程度。下面依托泰安磐然ZRJ-03熱工檢定系統，按照JJG229—2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》的規定，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JJG229—2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》的規定，采用比較法進行測量被檢熱電阻在0℃、100℃的電阻值R0、R100。
2數學模型

3計量標準的測量器具及配套設備(表1)

4不確定度來源
       該標準裝置不確定度的主要來源有:重復測量引入的標準不確定度分量uA;恒溫槽溫場引入的標準不確定度分量uB2;電測設備引入的標準不確定分量uB3;熱工自動檢測系統引入的標準不確·定度分量;標準鉑電阻溫度計引入的標準不確定度分量uB4。
5標準不確定度評定
5.1重復測量引入的標準不確定度分量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的二等標準鉑電阻溫度計，分別在0、100℃做6次重復測量，計算出每個溫度點R0、R100的算術平均值的實驗標準偏差s(x)，得出:snt=0℃=0.0004℃、snt=100℃=0.0004℃。
檢定時的實際測量次數為:N=2

5.2恒溫槽溫場引入的標準不確定度分量uB2
5.2.1恒溫槽溫場不均勻引入的標準不確定度分量uB21
       根據檢定規程的要求，檢定用標準恒溫槽溫場最大溫度差為0.02℃。半寬度為0.01℃，假設為均勻分布，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準不確定度分量uB22
       根據檢定規程的要求，恒溫槽溫場波動度為0.04℃，半寬度為0.02℃，假設為均勻分布，取k=/3，則由恒溫槽溫場波動引入的不確定度分量為:

5.3電測設備引入的標準不確定分量uB3
       由2000型數字多用表誤差計算公式，0℃時測得熱電阻為:(100×讀數+40×量程)10^－6Ω;100℃時測得熱電阻為:(100×讀數+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)。
       由數字多用表測得0℃熱電阻阻值，計算出溫度變化1℃對應的熱電阻變化量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(℃)。
由轉換開關引入的標準不確定度分量很小，可以忽略不計。
5.4標準鉑電阻溫度計引入的標準不確定度分量uB4
5.4.1由標準鉑電阻溫度計檢定證書給出值的不確定度分量uB41
       由上級技術機構檢定證書得知，二等標準鉑電阻溫度計的不確定度為:U99=11mK，(k=2.58)，則由標準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標準鉑電阻溫度計產生自熱效應引入的標準不確定度分量uB42
       由JJG160—2007《標準鉑電阻溫度計檢定規程》可知，標準鉑電阻溫度計自熱不超過4mk(0.004℃)，假設均勻分布，k=/3。
uB42=0.004℃/3=0.0023℃
5.4.3標準鉑電阻溫度計穩定性引入的標準不確定度分量uB43
       根據JJG160—2007《標準鉑電阻溫度計檢定規程》規程規定，標準鉑電阻溫度計年變化不超過10.0mk(0.01℃)。

6測量標準重復性
       選一支分度號為Pt100，鉑熱電阻為被檢，使用二等標準鉑電阻溫度計，分別在0、100℃做6次重復測量，計算各檢定溫度點的實驗標準偏差sn，得出:0℃、100℃時sn＜2/3uc，該標準測量重復性符合要求。
7測量標準穩定性
       由二等標準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個數據，根據JJG160—2007規程規定，標準鉑電阻溫度計檢定周期內Rtp的穩定性為Δttp=10.0mk=0.01℃，測量結果均滿足Δt≤Δttp。該標準穩定性符合要求。
8結束語
       該測量標準裝置在0～200℃測量范圍，擴展不確定度為U0℃=0.05℃，U100℃=0.08℃，k=2。重復性、穩定性驗證結果均符合要求，檢定人員具備有效資質證書，配套設備完整性能良好，技術資料齊全，環境條件適宜，符合檢定規程要求可以開展A級及以下工業鉑、銅熱電阻的檢定工作。