工业铂电阻测量结果的不确定度评定

,

(国网四川省电力公司计量中心，四川 成都 610045)

0 引 言

以温度(20±5)℃、相对湿度15%～80%的环境条件下工业铂热电阻测量结果的不确定度评定为例，介绍工业铂热电阻测量结果的不确定度评定方法。

校准过程使用的主要仪器如下：

1)标准器：二等标准铂电阻温度计。

2)电测仪器：电桥或可测量电阻的数字多用表[1]。

A级及以上被测电阻用0.005级及以上等级仪器；B级及以下被测电阻用0.02级及以上仪器。如测Pt100的仪器分辨率不低于0.1 mΩ[1]。

3)冰点器：U≤0.04 ℃，k=2。

4)恒温槽：温度范围为-50～300 ℃。

5)水平温场为0.01 ℃，垂直温场为0.02 ℃，波动度为0.04 ℃/10 min。

6)水三相点瓶及保温装置。

校准方法采用比较法，即把被检热电阻(Pt100,A级)和标准铂热电阻(Rtp=25 Ω)放在同一温场中，待稳定后按检定规程要求的顺序读取被检电阻和标准热电阻的电阻值，按照相关公式算出被检铂热电阻的实际电阻值。

1 数学模型

1.1 检定点0 ℃，测量误差的数学模型[1]

(1)

1.2 检定点100 ℃，测量误差的数学模型[1]

(2)

(3)

(4)

2 输入量的标准不确定度的评定

2.1 测量的重复性引入的标准不确定度uA的评定

标准不确定度uA的来源主要是测量重复性引入的，可以通过重复测量得到测量列，用A类方法评定。即用本温度综合标准装置对一常规的被测对象(1支Pt100热电阻，测量范围0～300 ℃，准确度等级：A级)在0 ℃和100 ℃两检定点,按检定规程要求进行10次独立重复测量，得到测量重复性试验数据见表1。

表1 热电阻重复性测试数据

由表1数据得到实验在0 ℃检定点的标准偏差为

(5)

同理，在100 ℃检定点的标准偏差为

S100=24.32 mΩ

(6)

由规程可知，测量铂电阻时，交替重复不少于4次(包括电流换向)，因此

0 ℃检定点标准不确定度为

(7)

同理，100 ℃检定点的标准不确定度为

uA=12.16 mΩ

(8)

2.2 电测设备引入的标准不确定度uB1的评定

(9)

(10)

2.3 温场不均匀引入的标准不确定度uB2的评定

检定点0 ℃时：

uB2=(6×0.390 83)mΩ=2.34 mΩ

(11)

检定点100 ℃时：

uB2=(6×0.379 28)mΩ=2.28 mΩ

(12)

2.4 温场波动度引入的标准不确定度uB3的评定

检定点0 ℃时：

uB3=(23×0.390 83)mΩ=8.99 mΩ

(13)

检定点100 ℃时：

uB3=(6×0.379 28)mΩ=8.72 mΩ

(14)

2.5 二等标准铂电阻温度计引入的标准不确定度uS1的评定

标准不确定度uS1的来源主要是二等标准铂电阻温度计引入的，采用B类方法评定，其值可由水三相点的电阻值Rtp的检定周期不稳定性确定[3]。

uS1=1.67×0.003 988 5×25 mΩ=0.17 mΩ

(15)

uS1=(4×0.003 868 2×25)mΩ=0.39 mΩ

(16)

2.6 标准铂电阻测量时电测设备引入的标准不确定度uS2的评定

标准不确定度uS2的来源主要是电测设备引入的，采用B类方法评定。其值可由其电测设备的最大相对误差确定[3]。

(17)

(18)

3 测量不确定度的计算与表示

对于直接测量的不确定度分量uA、uB1、uB2、uB3、uS1、uS2彼此独立不相关，所以0 ℃时，合成标准不确定度为

=35.36 mΩ2

(19)

(20)

u(Δt0)

=0.02 ℃

(21)

同理，100 ℃时，合成标准不确定度为

u2(Ri)=184.97 mΩ2

u(Δt100)=0.04 ℃

(22)

因此，取置信概率p=95%，k=2，工业铂热电阻(A级)测量结果的扩展不确定度为[3]

0 ℃时，U0℃=0.04 ℃，k=2

100 ℃时，U100℃=0.08 ℃，k=2

5 结 语

通过对工业铂电阻各项测量不确定度因素进行分析可知，影响不确定度的主要因素是被测铂电阻引入的。因此，在检定时，电测设备应严格按照程序操作，测量某温度点时应等待足够长时间使温场尽量稳定后再读数，以减少误差，提高测量结果的准确性。

[1] 工业铂、铜热电阻检定规程：JJG 229-2010[S]，2010.

[2] 刘绚.工业铂电阻测量结果的不确定度评定[J].工业计量，2012，22(2)：46-47.

[3] 林景星，陈丹英.计量基础知识[M].北京：中国质检出版社，2015.