电热恒温水浴锅校准装置计量新建标技术分析

武进福

临汾市质量技术监督检验测试所 山西 临汾 041000

1 建立计量标准的目的

近年来随着我市工业化速度的加快，许多化验室配备的电热恒温水浴锅等都急需校准用以保证企业生产的正常进行，并且一些公共事业单位的实验室也有大批的此类设备需要校准，JJF(晋)28－2018《电热恒温水浴锅锅校准规范》实施后，我所具备了建立此项标准的条件，因此我们认为我市应建立此项社会公用标准以保证电热恒温水浴锅量值的准确统一。

2 计量标准的工作原理及其组成

计量标准是由一台温湿场测量记录仪和多支四线制铂电阻温度传感器组成，测量时将多支铂电阻传感器放入水浴锅内，上下左右中间，尽量使其公布均匀，然后启动环境实验设备，当设备内的温度达预定值并且稳定平衡后，每隔一个固定时间测量一次，各测量点的温度数值，如此反复测量多次，之后将所测得的大量数据运用校准规范中的程序进行数据处理，从而得出最后的校准结果。

3 计量标准的主要技术指标

测量范围：(0～100)℃

扩展不确定度：U＝0.3℃，k＝2

4 环境环境要求

温度要求：(15～35)℃，湿度要求：不大于85%RH

5 计量标准的稳定性考核

选一台无锡市计量科学研究所生产的电热恒温水浴锅(型号：DZK W－4、编号：01)

方法：用计量标准在60℃点进行一组10次的测量，取其算术平均值作为该组的测量结果如下表所示。

2019年1月 1日测量数据为(℃)：

60.21， 60.22，60.22，60.23，60.32，60.31，60.30，60.32，60.23，60.20，平 均 值为60.26；

2019年02月 20日测量数据为(℃)：

60.22， 60.19，60.22，60.23，60.34，60.38，60.3，60.3，60.2，60.21，平 均 值 为60.26；

2019年04月 14日测量数据为(℃)：60.21，60.25，60.28，60.3，60.35，60.38，60.3，60.32，60.23，60.26，平 均 值 为60.29；

2019年05月 20日测量数据(℃)：

60.26， 60.28，60.30，60.32，60.38，60.40，60.35，60.37，60.32，60.4，平 均 值为60.34；

计量标准稳定性： 60.34－60.26＝0.08℃

在60℃时，标准器铂电阻的最大允许误差MPEV＝0.15＋0.002×60＝0.27℃

0.008℃ ＜MPEV＝0.27℃

结论：符合要求

6 重复性试验

选一台温度特性比较稳定的水浴锅，型号DZK W－4、编号：01，做计量标准的测量重复性试验，将电热恒温水浴锅启动预置为60℃，把铂电阻温度传感器置于工作空间的中心固定好，盖上水浴锅盖温度稳定后，连续测量了10次，数 据 如 下：60.2660.2860.3060.3260.3860.4060.3560.3760.3260.4060.34。

本装置的测量重复性为0.047℃。

7 电热恒温水浴锅温度偏差的测量不确定度分析

7.1 概述

(1)测量依据：JJF(晋)20－2018《电热恒温水浴锅校准规范》。

(2)环境条件：室温(15～35)℃，相对湿度不大于85%RH

(3)测量标准：温场测试仪DNW091，

(4)其修正值的测量结果不确定度(－60～300)℃：U＝0.3℃，k＝2

(5)被测对象：电热恒温水浴锅，型号DZK W－4、编号：01

测量过程：采用直接测量法进行测量。将水浴锅加热温度设定在被校温度点。布置测温点：O点位于工作区的几何中 心，其余各测温点到水浴锅内壁的距离为各自边长的1/10。温度传感器离搁板20 mm。水浴锅升到设定温度稳定后，开始测量。在30 min内，每隔3 min测量1次，共测 量11次，记录各测温点和水浴锅显示的温度值。然后进行温度偏差计算。

7.2 数学模型：

△td＝td－to-tX

式中：△td—温度偏差℃；

td—水浴锅显示温度平均值℃；

to—温湿场测量记录仪显示温度℃；

tX—温度测量装置的修正值(整体校准)℃

7.3 输入量的标准不确定度的评定：

7.3.1 输入量td的标准u1的评定：

td项引入的不确定度：主要由显示仪表的分辨力引入。

电热恒温水浴锅的分辨力为0.1℃，读数区间的半宽度为分辨力的一半，即a＝0.1/2＝0.05℃，

按均匀分布处理，则u1＝0.05/＝0.029℃

7.3.2 to项引入的不确定度：

to项引入的不确定度主要由测量重复性引入。的60℃时对电热恒温水浴锅作11次重复测量，的工作区间几何中心读取温度示值，测得值 为(℃)：60.1、60.2、60.3、60.4、60.5、60.4、60.3、60.2、60.1、60.2、60.2，根 据 贝 塞 尔 公 式，s＝0.0128，u2＝＝0.033℃

7.3.3 t X项引入的不确定度：

tX项引入的不确定度，主要由温湿度测量记录仪的修正值引入的标准不确定度u3

由标准器温湿场测量记录仪校准证书可知，，它的扩展不确定度U＝0.30℃，k＝2，以正态分布计算，u3＝0.30/2＝0.15℃.

7.4 .合成标准不确定度评定

在合成标准不确定度评定中，公式△td＝td－to-tX中td、to、tX，相互独立，因而得到

被测设备仪仪表读数重复性 u1＝0.029℃，湿湿场测量记录仪读数重复性u2＝0.033，温湿场测量记录仪仪本身误差u3＝0.15

7.5 扩展不确定度U

取包含因子为2，则温度扩展不确定度U＝k·u＝2×0.16＝0.3℃，k＝2。

8 校准结果的验证

采用传递比较法，用本计量标准装置测量一台温度特性比较稳定的水浴锅，编号为：1，测量数据如下：

(1)经测试，仪表显示为60.0℃时，本校准装置的测量结果为59.5℃，扩展不确定度为U＝0.3℃，k＝2

(2)将此水浴锅送上级技术机构，也在仪表显示为60.0℃这点校准，上级的测量结果是59.7℃U＝0.3℃，k＝2

9 结论

经过以稳定性试验、重复性试验、测量不确定度评定和校准结果的验证，本校准装置符合JJF1033－2016《计量标准考核规范》和JJF(晋)28－2018《电热恒温水浴锅校准规范》的要求，可以开展水浴锅的校准工作。