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数字温度计校准方法及不确定度评定


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《 量 测 技 》o年 3卷 升 与 试 术27 第 4 第 期 0

数 字 温 度 计 校 准 方 法 及 不 确 定 度 评 定
C l rt n Meh d o dtlT emo tr n au t no n etit

ai ai to Dii h r meesa dEv lai f U cr ny b o f a o a
王 孔祥
( 福建省计量科学 技术研究所 , 福建 福州 30 0 ) 50 3
摘 要: 针对数字温度计检定或校准无相应 国家标准 , 提出数字温度计 的校准方法及测量 不确定度 的评定 实例 .

关键词 : 数字温度计 ; 校谁方法 ; 不确定度评定

1 引言

定 .校准 方法 则力 求 操 作 简单 , 易行 . 由方 法 引入 的标
准不 确定 度分 量越 小越好 .
3 校准方 法 的主要 内容 3 1 范 围 .

温 度作 为计 量 基 本 量 之 一 , 其 的测 量 无 处 不 在 . 对
用数字温 度计 测量 温度具 有量值 显示 直观 和测量 准确 度

高等特点 , 已广 泛 应用 于我 国经 济 建设 的各 个 领域 . 而 作 为量大 面广 的数字 温度 计 , 目前 尚无 国家标 准 , 无 检 更 定 规程或 校准规 范 , 这对 于 提 高我 国数 字 温度 计 的 研 制 生产 以及 计量性 能评定 极 为不利 . 随着 科学技 术 的发展 以及 实际 应用 的需要 , 内外 生产 厂 家 不 断研 制 生 产 出 国 : 各类 高准确 度 , 多功能 的数 字温度 计 , 因此如何 对其 进行
计量性 能评定 就 及其 迫 切 .基 于 此 , 文 提 出 了如何 对 本 数字 温度计 进行 校准 的方法 以及测 量结果 不确 定度 的评
定实例 .

适 用 于 由各类 温度 传 感 器 和数 字 式 指示 仪 构成 的 , 测量 温度范 围为 (一 0+3 0 ℃ 的数 字温 度计 的校准 . 6 0)
3 2 计 量性 能要 求 .

() 1 示值 允许 误差 数 字温 度计最 大示 值允 许误差 见表 1 .
表 I 最 大 示 值 允许 误 差表

准确度 等级 最 大允 许误差 ( 以量
程 的 百分数 表不 )

oO o0 o0 Q I o2 Q5 Io 2o .l .2 ,5 . .
±Q0 ±Q 0 ±0 晒 ±Q 0 ± 2 ±Q 5 ±I 0 ±20 1 2 . 1 Q .

2 校 准方 法主要 内容及 处理 思路 2 1 适 用范 围 .

对未 注 明准确 度 等级 的数 字温 度 计 , 参 照厂 家 或 应

主要 考 虑 中低 温 段 测 量 温 度 范 围 为 (一6 0~ + 3 0 ℃ 的数 字 温 度 计 的 校 准 .覆 盖 最 常 用 的 由半 导 体 0)

使用 说 明书 中的最 大示值 允许误 差要 求 .
( ) 值 回程误 差 2示 数字 温度 计 的示值 回程误差 不得 不大 于最大示 值允

温度传感 器 , 电阻 和热 电偶 温 度传 感 器 构 成 的数 字 温 热
度计 的测温范 围. 2 2 计量 性能要 求 .

许误 差绝对 值 的 12 /.
( ) 值漂移 3示 数 字温 度计 的示值 漂 移在 3 mi 0 n内不 得大 于最 大允 许误差 绝对 值 的 12 /. () 4 响应 时 间 数 字温 度计 的整 机响应 时 间不 得大 于 3 s 0. ( ) 定 性 5稳

根据 数字 温度 计 的工 作 原 理 , 制定 其考 核 内容 . 主 要有 示值 允许误 差 , 示值 回程 误 差 , 值 漂移 , 应 时 间 示 响 等 .对于 准确 度 较高 的数 字 温度 计 , oO 如 .1级 ,.2级 00
和 00 . 5级或 允差 不大于 ± . 0C的数字温 度计 , 02~ 则增 加

稳定性 考 核 内容 , 使之 可作 为标准 器使 用 .
2 3 通用技 术要 求 .

主要考虑外观及安全性能的要求.由于绝缘 电阻是 电子仪器仪表中一项非常重要的安全性能指标 , 也是生 产时必 须考虑 的指 标之 一 , 因此需 强化对 该项 的要 求 .
24 校 准条件 . 主 要考 虑环境 条件 及校准 用标 准器及 配套设 备 的技

数 字温 度计 的示值误 差 的周期 变化量 不得 大于最 大 示值允许误差的绝对值.
3 3 通用 技术 要求 .

( ) 观 1外 结构 应牢靠 完好 , 面不应 有 明显 的变 形 , 应 光 表 涂层 洁均 匀 , 属部 件 不应 有 锈 蚀及 其 它 机 械损 伤 .各 部件 金 开关 , 作键应 灵 活可靠 , 操 零部件 应 紧固无 松动 .数字 温 度计 的铭牌 或其 它 位 置上 应 标 明产 品名 称 , 型号 , 规格 , 测量 范 围 , 准确 度等 级 , 示 国际温 标 的 单位 称 号 , 造 表 制 厂名 ( 商标 ) 制 造 计 量 器 具 生产 许 可 证 的标 记 和 编号 , ,

术要求 .选用 的标准器及配套设备构成的校准装置其引

入的扩展不确定度 应不大于被校准数字温度计最大 允许误差绝对值的 13 /.
2 5 校 准项 目和校 准方 法 .

校准项 目应依据 计量性 能要求和通用技 术要 求而

出厂编号 , 制造 年月等信息 , 并清晰 可辨.在通 电状态

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王 祥数 温 升 准 法 不 定 评 孔 :字 度 校 方 及 确 度 定
下, 数字显示应笔划齐全, 亮度均匀 , 小数点, 温度极性符 号和状 态 ( 正常 , 障 , 故 过载等 ) 显示 应正 确 .
() 2 绝缘 电阻 校准 温度点 . () 3 校准 J 序 I 顷



先 校准 零点 , 分别 向上 限 值或 下 限值 逐 点进 行校 再
准.

在校准环境条件下, 数字温度计 电源端子对机壳之 间 的绝缘 电阻应不 小于 2 MI. 0 ' ~
34 校 准环境条 件 .
环境 温度 :2 5 c , ( 0± )【 相对 湿度 : 5 = ≤8 %

() 4 校准 循环 次数 准确 度 等级高 于 0 1 ( 0 1 ) . 级 含 . 级 的数 字 温度 计 ,
正, 反行程 校 准循 环次数 为二 次 ,. 0 2级 以下 ( 0 2级 ) 含 .

35 校准 用标 准器及 配套 设备 :见表 2 . ( )
表 2

的数字 温度计 , , 正 反行程 校 准循 环次数 为一 次 .
( ) 准 方法 5校

零 点校 准 可采 用 比较 法 , 也可采 用定 点法 , 他各 温 其
度点 校准 均采用 比较法进 行 .

将 被校 准 的数 字温度计 和标 准 温度计 感温 部分置 人 温度 已恒 定 的恒 温槽 ( 或冰 点 器 ) , 温槽 温 度偏 离 校 中 恒 准温度点 不 得超 过 ±02C, 温度 示值 稳 定 后 , .~ 待 分别 读 取 被校 准数 字 温度计 正 , 行 程 的示 值 和 标 准 温度计 的 反 数 值 , 做好记 录 , 数过 程 中要 求槽 温恒 定 或 缓慢 , 并 读 均
匀地 变化 , 数应 迅速 , 间间隔要 均匀 . 读 时 用标 准水银 温 度计 作 标 准 器 时 , 应按 规 定 的 浸没 方 式垂 直插 入恒 温槽 中 , 数应 采用读 数望 远镜 , 读 并估读 到

最小 分度 值 的十分 之一 . 用 标 准铂 电阻 温度 计 作标 准器 时 , 电阻 温度 计 插 铂
入深度 入应 不小 于 2 0 m, 过铂 电阻 温 度计 的工 作 电 5m 通
流为 1 . mA

() 6 示值 误差计 算
当用 标 准铂 电阻 温度 计 作 标 准 器 时 , 准器 测 得 的 标

槽 温温 度可 用表格 内插 法进行 计算 .
注- 选用的标 准器及配套设备构成的校 准装置其引 入的扩展不 确定度 ‰ 应 不大于 被校准数字温度计最大允许误差绝对值 的 13 /.

即标 准铂 电阻温度计 的 电阻 比用 下式计 算 :
() £
n

3 6 校准项 目和校准 方法 .

() 1

36 1 校 准项 目按计量 性能 要求进 行 ..
3 6 2 校准 方法 ..

式 中 : t一 标 准 铂 电阻 温 度 计 在 【时 的实 测 电 () c =
阻值 , Q;


通用技 术要 求 : 观检 查 用 目测 和通 电的方 法 .绝 外 缘 电阻测量用 绝缘 电阻 表 , 具体 方 法 为 : 开 电源 , 温 断 使
度计 的 电源 开关 置于 接 通状 态 , 绝 缘 电阻 表测 量 电源 用

标 准铂 电 阻 温 度计 在本 电 测 系 统 中测 得 的 水

三相点 时 的 电阻 值 , Q;

由 () 查标准铂 电 阻温 度 计 t V t t值 一I()一Id / (w ) I t 表格 , 即可 求 得槽 实 际温 度 . 当用 一 等 标 准水 银 温度 计作标 准 器 时 , 标准 器测 得 的槽 温 温度 用下式 计算
t= 一a A+ () 2

端子 与机壳之 间的绝缘 电阻值 . 计 量性 能要求 :

示值误差校准方法为 :
() 1 准备
接通 温度 计 电源 , 热 1 m n 预 0 i.具 有零 点或 量程 可

式中:一标准温度计测得的槽温温度值 , ; £ A 一标准温度计读数的平均值 ,= c; 【
掰一

调的温度计 , 应按说 明书要求调整零点或量程 , 校准过程
中不再 进行 调整 .

标 准 器 检 定 证 书 上 给 出 的 检 定点 名 义 温度 对

应 的分度 修 正值 ,= c; 【

() 2 校准 温度点 选取 校准 温度 点应 均匀 地 分 布在 整 个 测 量范 围 内 , 括 包 零点 和上 , 限 , 下 原则 上 选取 整 十 或 整 百摄 氏度点 , 一般
情况 下不得 少 于 5点 , 特殊情 况下 , 可根据 用户 要求选 择

. 一标准温度计零位值 ,= c. 【 当用二等标准水银 温度计作标 准器 时, 标准器测得
的槽 温温度 用 下式计 算
t= | A+ X () 3

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( 计量与测试技术> 0 7半第3 20 4卷第5期

式 中 : —标 准器 检定 证书 上 给 出的检 定 点 名义 温 置: 度对应 的示 值修正 值 ,= 数 字 温 度计 的示 值 误 差按 公 c则 I 式 ( ) 算 4计
A =t — t d t () 4

c 1

'2 c



l' 3 c





故被校 数 字温度计 示值误 差 的合成 方差 和表示 为

:△) ( ) ( ) ( (£ : t + t + ) d
44 标 准不 确定 度评定 . 44 1 输 入量 t的标 准不确 定度 (, .. , t ) 输 入量 的 t标 准不确 定度 的主要 来 源如下 . ,

式 中:卜 一 度计 各标 准点 示值误 差 ,= △ 温 c; I t 温度计 各校准 点正 , a 一 反行 程的示值平 均 值 ,= c. I

取各单次校准中误差最大的值作为该数字温度计 的
最 大示值 误差 .

回程误 差 的校 准 可与示值 误差 校准 同时进行 .在 同


校 准点上 正 , 行程示 值之差 的绝对 值 即为 回程误 差 . 反

44 1 1 二等标准水银温度计读数分辨力 ( .. . 估读 ) 引入 的标 准不 确定 度 ( , B类 标准 不确 定度 评定 . t)用 . 二等 标准 水 银 温 度 计 的读 数 分 辩 力 为 其 分 度 值 的
1 1 即 0O , /0, . 1I 则不确定 度 区 间半 宽 为 0 O , 均 匀 c = . 1= 按 c I 分布 处理 . ( ) 00 /~ .0 ~ , 计其 不可 靠性 t : . 14 0 06( 估 . 2
为 2% , 0 自由度 口 t)=1 (. 2

示值 漂移 的校准 可在数字 温度计 量程 范围 内任选一 点 进 行 .最佳校 准点为 冰点 .取 3 rn内数字 温度计 显 示 值 0i a

与初始显示值的差值中绝对值最大的数值作为数字温度
计 的示 值漂 移值 .响应 时间可在 恒温水槽 中进 行 .将数

44 12 二 等标准 水银 温 度 计 读数 时视 线 不 垂直 引入 ... 的标 准不确 定度 ( , B类标 准不 确定 度评定 . t) 用 二 等标 准水银 温度计 读数误 差 范 围为 ± .0 c , 00 5I 则 = 不确 定 度 区 间 半 宽 为 005I, 反 正 弦 分 布 处 理 . .0 c 按 = ( 0O S4 004(, t): .O /~ .0 ~ 估计 其 不 可靠 性 为 2 % , 2 0 自
由度 口 t )=1 (| 2 2 o

字温度计传感 器插 入恒温槽 中, 始温 度应在 (0— 初 1
3 )= 0 c 的范 围内 , I 待温 度计 示 值稳 定 后 , 迅速 插 入另 一 恒 温槽 中 , 字 温 度 计 的温 度 阶 跃 值 应 大 于 1~ 而 小 于 数 0( 2 2~, 0( 用秒 表记 录温度 计示 值 由初 始温 度 上升 到 俩 恒 温 2 槽槽 温差 值 的 5 % 时 所 需 的 时 间.稳 定性 仅 对 准 确 度 0 等级 为 0O 级 ,.2级 ,.5级 或示值 允许 误 差不 大 于 . 1 00 00 0 2~ 的数字 温度计 进行 考核 .取数字温 度计 在相 同温 .0( 2

44 13 由恒温 槽 温场 不 均 匀 引 入 的 标 准 不 确定 度 ... (. , B类标 准不确 定度评 定 . t)用 恒温槽 温 场最 大温差 为 00 ~ , 不 确 定 度 区 间半 .2( 则 2 宽 为 0O , 均 匀 分 布 处 理 . ( ):00 . 1I 按 c = t , .1 一 006(, .0 ~ 估计 其不 可靠性 为 1% , 3 0 自由度 为 2 t)- 0 ,o - . ( 5 44 14 恒 温槽 温度波 动 引入 的标 准不 确 定 度 ( ) .. . t , 用 B类 标 准不确 定度评 定 . 恒 温槽 温 场稳 定 性 为 ±00 ~/O i, 不 确 定 度 .2C lmn 则

度校准点上 , 上一周期校准的示值误差( 由证书给出) 与 本次校 准结果 的示 值误差 的最 大差值 .
4 数字 温度 计温度 示值 校准结 果不确定 度评定 实 例
4 1 概述 .

4 1 1 校 准依据 : .. 本校 准方法

4 12 测量标 准 : 等标 准水银 温度计 .. 二 4 13 测 量 对 象 :0—10 c , 辨 率 :. , 差 ± .. ( 0 )I 分 = 0 1= 允 c I
0 5I, . c 数字 温度计 =

区间半宽为00 ~, .22按均匀分布处理. ( ) 0o/~ ( t = .24
0O , . 1I 估计 其不 可靠 性 为 1% , c = 0 自由度 口t)= 0 ( 5 . 因为 / t) / t)u ) / t 互不 相关 , 以 2 ,, ,( ,, ) , . 2 ( ( 2 ( 所

4 14 环境条 件 : .. 温度 :2 5 c , (0± )I 相对湿 度 : 7 % = <5 4 15 校准方 法 : 二等标 准水银 温度计 和被 校 准 的数 .. 将 字温度 计一 同置 于恒 温 槽 中 , 用 比较 法 在 10(进 行 采 0~ 7 , 校准 , 从而获得 被校 准 的数字温 度计 的示 值误 差 . 42 数学 模型 . 被 校数字 温度计 示值误 差计 算公式 :
At d—t 一 =t

/( ) / t) /(| +, t) /(4 2 _ ^ , : / , +2 t) /(3 +2 t) (1 , 2 2 l , , =
0 0 4I . 1 c =

1 )

砸面

9 : 9 9

口 t ) .口 t ) . (l .口 t ) (1 (| t ) 2 3 (, 4

44 2 输入量 的标准不确定度 ( .. ) 由修正值引入的标准不确定度 ( , B类标准不 )用
确 定度 评定 . 由二 等标 准水银 温 度 计检 定 规 程 可 知 , 等标 准水 二 银温 度计 检定 结果 的扩展不 确定 度 :00 ~ , 含 因 .3( 包 2

式 中 : 一 被校数 字温 度计读数 值 ,= t a c; I

t s 一二等标准水银温度计读数值, o C; 二等标准 水银温 度计在 该温度 点 的示 值修 正


值 ,= c. I
4 3 方差和 灵敏系 数 .

依据 : ( ) i ] ) = [ × ,

)

() 5

子 后 : .8 25 .所 以 )= .325 0 O , ( 0 0/. 8: . 1= 估计其 c I 不 可靠性 为 1 % , 0 自由度 口 )= 0 ( 5. 44 3 输入量 的标准不确定度 (d .. £) 输入 量 t 的标准不 确定 度 的主要来 源如 下 . 44 3 1 被检温度计示值重复性引入的标准不确定度 ...

对 公式 ( ) 分 量求 偏 导 , 中 , , 分 量 彼 此 5各 其 t 各 ,
独立 , 因而 得

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王 祥数 温 计 准 法 不 定 评 孔 :字 度 校 方 及 确 度 定
( ) 用 A类 标 准不 确定度 评定 . t ,


( ) ~ 2t) u( ) 005 t = / ( + 2t = .4%

将二等标准水银温度计 和一支被检温度计同时放人 恒定温 度 为 10 的恒 温 槽 中 , 示 值 稳 定 后 , 0% 待 进行 1 0 次等精度测量 .所得数据如下表 3 :
表 3 单位 : ℃

( ) . ( ) t t

4 5 合成 标 准不 确定 度 .

以上各项标准不确定 度分量是互不相关 的, 以其 所 合 成标 准 不确 定度 为
.

() ~I I ( ) I ( ) I () , = / l t +cI £ +cI 三 , c , 2 3

s

:

解 x. )… 2 . .
/ ,

0 O8 . 4 ℃

4 6 有 效 自由度 .
一 : _ — — _ 一

实际校准中取不少于 2 次测量值 的平均值作为测量
结果 , 故 (.): £
√Z



:1 8

~.

= .3 ~ 自由度 (.): 0 04C, £ 9

(. . (d .v x t) t) ()

4432 被检温度计的读数分辨力引人的标准不确定 . .. 度 ( )用 B类 标准 不确 定度 评定 . t , 被检 数字 温度计 在 ( 10 ℃ , 分辨 力 为 0 1 , 0— 0 ) 其 .℃
则不 确定 度 区间半宽 为 00 % , 均匀分 布处 理 .故 .5 按
( £ ):
√l j

4 7 扩 展不 确 定度 .

给定置信水平 P: 5 , 自由度 =1 情况下 , 9% 在 8 查 t 布表 , 覆盖 因子 k : .0 分 得 21,
故 得 5 k5 (, 0 1 1 :9 , ): .0 ℃

: . 2 ~ 0 0 9C

作者简介 : 王孔 祥 , , 男 主任 .工作单 位 : 福建省计量 科学技术研究所 .通 讯地址 :50 3福建省福州市华林路 17号. 300 4
收 稿 时 间 :0 7-0 O 20 2一 5

估 计其 不可 靠性 为 1% , 0 自由度 ( ): 0 5.
因为 (d) t 互不 相关 , 以 t , ( ) . 所 ( 上接第 3 5页 )

现 测量 位置 转换 到 2 , 4 样 品槽 时 , 黄 色 光 斑 被 样 3 , 橙

样 品槽架 拉杆 的前 后 移 动从 进 出 孔缝 隙进 入 试 样 室 , 引 起 空 白参 比和样 品测量 示 值 变差 较大 , 复 调 整 而 又不 反 能稳 定 的原 因 . 排除 方法 : 拆下并 取 出试样 室 暗盒 , 定拉 杠 和橡 胶 确 密封 圈相对 位置后 , 粘合剂 ( A, 用 如 B胶 ) 固定橡 胶 密封 圈 , 干牢 固后再 启用 仪器 . 凉 ( ) 障 四 : 样室 1, 3, 品槽 全 部空 置 时 , 4故 试 2 , 4样 任取一 可见光 波 长值 ( 4O m) 在 1 样 品槽 位置 , 如 2h , # 以 空 气为参 比 , 调节 透光度 电位 器使 值 为 100 % )然 0.( ;
后 将拉杆 分别 转换 到 2 , 4 样 品槽 位 置 ( 3 , 同样 条件 以

品槽 架 边缘 遮挡 了一部 份 , 色 光 不 能完 全 正 向通 过样 单 品槽 和 进入 光 电管 阴极 面 , 然 测量 结 果 就 产 生 了较大 显
误差 .

排 除方 法 : 节滑 轮 支 撑 弹 簧夹 的前 , 镙 丝 , 定 调 后 设 样 品 槽架 具体 位置 , 波长调 到 5O m, 白纸 放在 样 品 将 8h 用 槽 的 右侧 , 观察 橙 黄色 光 斑都 能正 向完 整通 过 每 个 样 品
槽 .验 证 : 品槽全 部空 置 , 1 样 品槽 位置 , 样 在 # 以空 气 为

参 比, 调节 透光 度 值对 准 100 % ) 同样条件 以空 气 0.( , 为被 测 样 品 , 动拉杆 变换 到 2 ,#4 样 品槽 位 置 进行 移 #3 ,# 测量 , 如果 透光 度 值 能保 持 100 % ) 0 . ( 值不 变 , 明样 说
品槽 架 已调整 准 确到位 .
作者简介 : 黄东兴 , , 男 工程师 .工作单位 : 福建省宁德市计量 测试所 .通

空气 为被 测 样 品 ) 发 现 透 光 度 值 却 随 之 变 化 .正 常 , 情 况下 , 以空气 为参 比, 调节 1样 品槽透 光度 为 10 0 # 0 . ( ) % 值后 , 变换 到 2 , 4样 品槽 位 置 ( 3 , 同样 条 件 以空 气为 被测样 品) 测 出透光 度 值应 该都 是 100 % ) , 0 . ( 不 变 .将 波长 调 到 5O m, 白纸放在 试样槽 右 侧 , 8h 用 观察 发 ( 上接第 3 6页 ) 出租汽车计价器的检定工作 , 建立了强检动态网络 , 一 对

讯地 址 : 2 0 3 10福建 省宁德 市蕉城南路 5 5 9号 11 0 信箱.
收 稿 时 间 :0 7—0 20 3—1 9

稳的发展中所起的支撑作用 , 为我所赢得 了良好的社会 经济效益 .
作者简介 : 白雪 , , 女 助理工程师 .工作单位 : 贵阳市质量 技术监督检测所 .
通讯地址 :5 04贵 阳市新 添大道南段 2 7号. 5 00 4 罗剐 . 阳市质量技术监督检测所( 贵 贵阳 50 O ) 5O4 . 收稿 时间:07一 3—1 20 O 4

年中计价器失准的情况找到了有效的符合法律的解决途 径, 又为出租汽车驾驶员提供 了优质 , 高效的维修服务. 出租汽车计价器检定站和上海锦艺厂贵阳计价器维修部 的同志们 , 用辛勤的劳动, 创造性的工作 , 充分发挥 了计 量工作 在构建 社 会 主义 和谐 社 会 , 现 经 济 又好 又 快 又 实

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