精密铂电阻温度计的校准方法

姚丽芳 陈 宇 郑 伟 朱家良 / 上海市计量测试技术研究院

精密铂电阻温度计的校准方法

姚丽芳 陈 宇 郑 伟 朱家良 / 上海市计量测试技术研究院

介绍了精密铂电阻温度计的特性及0～660.323 ℃温度范围内精密铂电阻温度计的校准方法。提出对测量上限温度高于450 ℃的精密铂电阻温度计可参考使用说明书要求进行上限温度退火，进行定点法校准时，可采用熔化点温坪替代凝固点温坪，对于无法进行定点法校准的精密铂电阻温度计，可采用比较法校准及采用简化公式计算各项参数的可行性，同时指出自热效应对测量的影响。

精密铂电阻温度计；比较法；定点法；校准；温标

0 引言

精密铂电阻温度计是利用铂电阻随温度变化而变化的特性来测量温度的精密仪器，其感温元件必须由无应力、退过火的铂丝制成，标称电阻值Rtp通常为100 Ω，当然也不排除有其他标称电阻值的可能性。

1 简介

精密铂电阻温度计种类繁多，型号各异，其结构特征与标准铂电阻温度计相似。长度方面有的长达500 mm，有的短至100 mm，甚至更少；直径方面有6.35 mm、6 mm、4.76 mm、4.7 mm、3.175 mm等；形状方面有棒式、直角形、或者任意角度形状。由于精密铂电阻温度计是近年来的新兴产品，其稳定性参差不齐，水三相点年稳定性基本介于10 ～100 mK之间。

生产精密铂电阻温度计通常使用100 ℃时电阻比W100℃≥ 1.392 50及以上的铂丝，仅有个别型号的产品采用W100℃= 1.392 30的铂丝。考虑到采用W100℃= 1.392 30铂丝的产品占有量仅为整个精密铂电阻温度计的1%，而且不同纯度铂丝制成的产品在进行系数计算时使用的公式又不尽相同，因此本文的研究对象仅限于100℃时电阻比W100℃≥1.392 50以及WGa≥1.118 07或WHg≤0.844 24的精密铂电阻温度计。

精密铂电阻温度计各项技术指标均接近于标准铂电阻温度计，但又远高于工业铂电阻温度计，基本可以参照JJG 160-2007《标准铂电阻温度计检定规程》进行定点法校准，但对于个别由于长度、形状以及量程的限制，无法进行定点法校准的温度计，则应考虑在恒温槽中采用比较法校准[1]。

2 退火

精密铂电阻温度计的感温元件与标准铂电阻温度计近似，因此，可以通过退火来消除因机械振动产生的应力及铂丝氧化导致的温度漂移。

由于精密铂电阻温度计量程多样，测温上限有300 ℃、400 ℃、450 ℃、500 ℃等多种规格，要求退火温度也大不相同。研究表明，对于使用上限不高于450 ℃的铂电阻温度计退火意义不大，不仅无法消除应力，还会让铂丝氧化程度恶化。因此，对于上限温度不高于450 ℃的温度计，不必进行退火。而对于上限温度高于450 ℃的温度计（不含450 ℃），则应在校准前进行退火，退火温度可参考温度计使用说明书要求，时间为2 h。温度计在退火后应随炉冷却至420 ℃以下方可取出进行水三相点及其他温度点的测量。

3 熔化点温坪与凝固点温坪的比较

采用定点法校准精密铂电阻温度计建议使用熔化点温坪。与凝固点温坪相比，熔化点温坪具有复现过程简便、无需诱导、耗时短等优点，但温坪质量不及凝固点，对于整体性能略逊于标准铂电阻温度计的精密铂电阻温度计，是完全可以接受的。

为了准确测量凝固点温坪和熔化点温坪的差异，采用4支一等标准铂电阻温度计作为测量标准。每支铂电阻温度计分别在5次凝坪和5次熔坪中校准1次，取平均值做为结果。

实验证明，熔化点温坪和凝固点温坪（铝点、锌点、锡点）测WAl最大差异为1.5 mK，测WZn最大差异1.0 mK，测WSn最大差异0.8 mK。因此，在精密铂电阻温度计校准过程中，完全可以用熔化点温坪替代凝固点温坪。

4 比较法校准

对于尺寸不符合小型固定点设备的精密铂电阻温度计和测量上限低于固定点温度的精密铂电阻温度计，推荐使用比较法进行校准。

采用4支精密铂电阻温度计、符合一等铂电阻温度计标准装置要求的小型固定点设备、以及添加等温块后孔间温差优于2.0 mK的温度比较装置，在锌凝固点（419.527 ℃）和锡凝固点（231.928 ℃）进行比较法和定点法比对试验。用比较法进行校准时，要求温度比较装置中温度偏离测试点不超过±0.5 ℃，定点法则使用了熔化点温坪。为了提高可靠性，在6 d对所有被校温度计在锌点和锡点用比较法进行6遍复现性试验。

实验证明，比较法和定点法在锌凝固点最大差异为6.3 mK，比较法装置的复现性优于3.0 mK；在锡凝固点最大差异为2.5 mK，复现性优于2.0 mK，符合JJF 1178-2007规定的一等铂电阻温度计标准装置复现性要求[2]。因此，比较法可以用于精密铂电阻温度计的校准，但在不确定度评定中应合理考虑两种方法带来的差异。

比较法校准时可以采用简化公式进行计算：

式中：Wt— 被校温度计在分度点温度t的电阻值Rt与Rtp的比值；

Wt′— 被校温度计在实际温度t′的电阻值Rt′与Rtp的比值；

Wt*— 标准铂电阻温度计在分度点温度t的证书电阻比值；

Wt′*— 标准铂电阻温度计在实际温度t′的电阻比值（注：Wt*由为该标准铂电阻温度计出具证书的单位提供）

经大量计算验证，简化式（2）和1990年国际温标推荐使用公式[4]在WZn最大差异为1.1 mK，WSn最大差异为0.5 mK，且由于比较法规定偏离测试点温度不得超过±0.5 ℃，计算获得K值简化在锌点和锡点仅带来0.20 mK和0.15 mK的误差，因此采用简化公式计算即可[5]。

5 自热效应对精密铂电阻温度计的影响

精密铂电阻温度计校准和使用时可能置于不同的恒温容器中，虽然测量时采用1 mA电流，但放在金属容器中和恒温介质中所带来的自热影响显然是不同的。

将6支精密铂电阻温度计分别置于金属固定点和恒温槽中，测其自热效应，见表1。

实验证明，自热效应与被测介质及流动状况等因素有关，在高温或流动介质中，散热系数相对较大，它们的分散性最大差异为0.8 mK，在定点炉和流动介质中的自热效应差异为4.0 mK。因此，温度计在校准时，应严格约定在1 mA条件下进行，使用者也必须遵守在1 mA条件下测量，且应合理考虑自热的分散性[6]。

表1 自热效应

6 结语

校准精密铂电阻温度计应采用定点法、比较法相结合的原则。对于计量性能不如标准铂电阻温度计的精密级而言，采用熔化点温坪替代凝固点温坪是可行的。当采用比较法时，应选用符合要求的装置，可采用简化公式进行数据处理。自热效应在精密铂电阻温度计测量中不容忽视，可在不确定度分量中作为分量予以考虑。

[1] 全国温度计量技术委员会. JJG 160-2007[S]. 北京：中国计量出版社，2007.

[2] 全国温度计量技术委员会. JJF 1178-2007[S]. 北京：中国计量出版社，2007.

[3] 邱萍，瞿咏梅，张哲，等. 用锌凝固点和水沸点检定二等标准铂电阻温度计的扩展不确定度评定[J]. 现代计量测试，2000，3：47-49+46.

[4] 国家技术监督局计量司. 1990年国际温标宣贯手册[M]. 北京：中国计量出版社，1990.

[5] 锁凯声. 中温标准铂电阻温度计测量误差的计算方法[J]. 计量技术，1997，12：31-34+19.

[6] 张洁天，贾宏博，任磊. 铂电阻温度传感器的自热效应[J]. 传感器技术，2002，9：13-14+17.

Study of precision platinum resistance thermometer calibration method

Yao Lifang，Chen Yu，Zheng Wei，Zhu Jialiang
（Shanghai Institute of Measuring and Testing）

In this article, we introduce the performance characteristic of precision platinum resistance thermometer and how to calibrate it within 0 to 660.323 degree centigrade. We put forward that the precision platinum resistance thermometer whose upper limit temperature is higher than 450℃ can be annealed at ceiling temperature in instruction manual. When we calibrate precision platinum resistance thermometer with fi xed point method, we can use melting point instead of freezing point. And we focus on the feasibility of calibrating precision platinum resistance thermometer with comparison method instead of fixed point method and using simpli fi ed formula to get the calibration results. Meanwhile, we point out the thermal effect in fl uence on calibration.

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