工業(yè)鉑熱電阻通常與二次儀表配套使用，用于測量物體的溫度。它廣泛應用于工業(yè)控制、環(huán)境監測、醫療衛生、電力系統等領(lǐng)域。工業(yè)鉑熱電阻分 AA 級、A 級、B 級、C 級，每級對應不同的技術(shù)特性，在校準過(guò)程中其溫度偏差是主要的計量參數。

 

本次工業(yè)鉑熱電阻能力驗證的目的，在于通過(guò)對工業(yè)鉑熱電阻溫度偏差進(jìn)行校準，客觀(guān)地反映參加實(shí)驗室工業(yè)鉑熱電阻的校準能力，間接地反映實(shí)驗室二等鉑電阻溫度計標準裝置的測量能力和設備運行狀態(tài)，增強客戶(hù)對參加實(shí)驗室的信任度。

 

為保證國內各計量技術(shù)機構、校準實(shí)驗室工業(yè)鉑熱電阻校準的量值準確、一致和可靠，依據CNAS-CL03:2010《能力驗證提供者認可準則》組織和實(shí)施本項工業(yè)鉑熱電阻能力驗證。廣東省計量科學(xué)研究院于 2019 年 3 月起，組織部分省、市級計量技術(shù)機構和行業(yè)校準實(shí)驗室開(kāi)展了工業(yè)鉑熱電阻校準能力驗證，于 2019 年 11 月下旬順利完成。

 

1　參加者情況

此次能力驗證共有 25 家實(shí)驗室報名，實(shí)際參加實(shí)驗室為 24 家。參加實(shí)驗室涉及全國 14 個(gè)省、2個(gè)直轄市。其中已獲 CNAS 認可的實(shí)驗室共 20 家，占參加者總數的 83%；未獲認可的實(shí)驗室共 4 家，占 參 加 者 總 數 的 17%。 要 求 參 加 實(shí) 驗 室 依 據 JJG 

229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規程 7.3.4 條規定的方法，按照日常程序和實(shí)驗室的校準和測量能力校準工業(yè)鉑熱電阻的溫度偏差。依據規程的要求，選擇 0 ℃和 100 ℃為校準點(diǎn)。

 

2　樣品的選擇和穩定性考核

本次能力驗證共選用兩支型號為 Pt100，3850的工業(yè)鉑熱電阻作為能力驗證樣品，其 0 ℃電阻標稱(chēng)值為 100.00 Ω，100 ℃電阻標稱(chēng)值為 138.51 Ω，溫度系數標稱(chēng)值 3.851×10-3 ℃ -1。能力驗證實(shí)施過(guò)程中分為 A、B 兩組進(jìn)行樣品傳遞。樣品傳遞前對其進(jìn)行穩定性考核，A、B 兩組樣品經(jīng)過(guò)三次 500 ℃高溫 8 h 退火，其前后三次溫度偏差變化小于 4 mK；五次測量溫度偏差變化（前后約45 d）小于 5 mK。在樣品傳遞過(guò)程中 A 組樣品穩定性如圖 1 所示，B 組樣品穩定性如圖 2 所示。

 

從圖 1 可知，A 組樣品傳遞時(shí)間長(cháng)、實(shí)驗次數多，在傳遞過(guò)程中受運輸、實(shí)驗操作等外力影響，其0 ℃校準點(diǎn)的溫度偏差 Δt0 有緩慢上升趨勢。為減小樣品的不穩定對能力驗證評價(jià)產(chǎn)生影響，樣品在 0 ℃校準點(diǎn)的溫度偏差 Δt0 和在 100 ℃校準點(diǎn)的溫度偏差 Δt100 的#大變化量將作為樣品在能力驗證實(shí)施期間穩定性引入的影響量 ue 參與歸一化偏差 En 值計算。

 

3　結果評價(jià)及分析

本次能力驗證對參加實(shí)驗室提交的結果進(jìn)行匯總并分析處理，計算各參加實(shí)驗室的歸一化偏差En 值：

式中：Xlab —— 參加實(shí)驗室給出的測量值；

ulab —— 參加實(shí)驗室 Xlab 值的測量不確定度（k = 2）；

Xref —— 參考值；

uref —— 參考值 Xref 的測量不確定度（k = 2）；

ue —— 樣品在能力驗證實(shí)施期間穩定性引入的影響量（k = 2）

 

本次能力驗證中，實(shí)際共有 24 家實(shí)驗室參加，其中 20 家實(shí)驗室報告的校準結果的 |En| 小于 1，結果判定為“滿(mǎn)意”，4 家實(shí)驗室報告的校準結果的|En| 大于 1，結果判定為“不滿(mǎn)意”。獲得“滿(mǎn)意”結果的實(shí)驗室數量占所有參加實(shí)驗室數量的 83%。

圖 3 和圖 4 為部分參加實(shí)驗室校準結果。

 

通過(guò)此次能力驗證很好地反映了參加實(shí)驗室工業(yè)鉑熱電阻的校準能力，也間接反映了參加實(shí)驗室二等鉑電阻溫度計標準裝置的運行狀態(tài)。

 

4　技術(shù)分析和建議

此次能力驗證通過(guò)對各參加實(shí)驗室校準結果分析，發(fā)現以下問(wèn)題并提供一些建議：

1）各參加實(shí)驗室所使用的標準器均為標準鉑熱電阻溫度計，由于標準鉑電阻溫度計檢定周期為 2 a，在檢定周期內對標準鉑電阻溫度計進(jìn)行核查是非常重要的，然而在本次能力驗證中只有少數實(shí)驗室使用了水三相點(diǎn)瓶對標準器進(jìn)行核查，標準鉑電阻溫度計狀態(tài)的偏離將直接影響校準結果。

 

2）參加實(shí)驗室大部分使用恒溫槽作為配套設備，而有 1 個(gè)實(shí)驗室使用干井爐作為溫場(chǎng)設備，其垂直溫場(chǎng)和徑向溫場(chǎng)不如液體恒溫槽均勻，校準時(shí)被檢儀器與標準器可能存在較大溫度差異，導致結果出現較大偏差。

 

3）有較多實(shí)驗室使用了數字多用表作為電測設備，由于數字多用表具有多種功能和多檔位，在使用前應核查所用功能和檔位狀態(tài)是否正常。此外，某些數字多用表在測量 100 Ω 和 138.51 Ω 時(shí)用不同測量檔位，其允許誤差也不相同，在分析測量不確定度時(shí)也需要注意此問(wèn)題。有兩個(gè)實(shí)驗室的校準結果與參考值偏差稍大，可能是數字多用表所使用功能和檔位存在超出允許誤差的情況。有些實(shí)驗室所使用的數字多用表在測量直流電阻時(shí)，其默認輸出電流可能大于 1 mA，甚至 10 mA，自熱效應對測量結果也將產(chǎn)生較大影響。

 

5　結語(yǔ)

各參加實(shí)驗室通過(guò)此次工業(yè)鉑熱電阻能力驗證，了解該項目自身校準能力，也能了解其他實(shí)驗室校準水平。更重要的是能發(fā)現問(wèn)題，提高校準能力，有利于今后校準工作。