温度指示控制仪测量结果不确定度评定

（辽宁省检验检测认证中心，辽宁沈阳 110036）

温度指示控制仪是由测温、控制两部分共同或单独组成的装置。测温部分是根据测温传感器随温度变化而变化的特性,经相应电路（包括应用运算放大器、微处理器等）处理后，由仪表上指示（显示）出相应的温度。控温部分由设定电路、相应的信号处理电路及比较电路、位式控制执行电路组成。

其不同于数字温度指示调节仪需要与热电偶或铂电阻连接在一起使用，也不同于双金属温度计和压力式温度计，他们的显示器一般为指针式且一般为金属材料，质量较重。而温度指示控制仪具有短小轻便、方便读数、灵敏度高等特点。

1 概述

1.1 测量依据

JJG 874-2007《温度指示控制仪检定规程》。

1.2 测量标准

标准水银温度计：

1.3 被测对象

（1）温度指示控制仪，分度值0.1 ℃，温度范围(-30～300)℃；

（2）温度指示控制仪，分度值1 ℃，温度范围(-30～300)℃。

1.4 测量方法

用比较法将标准水银温度计和被检温度指示控制仪同置于恒温槽中，待示值稳定后，读数从标准开始读至被检，然后再从被检读至标准，温度指示控制仪读数2 次。分别计算算术平均值，得到标准温度计和被检温度计的示值，然后通过公式计算得出示值的修正值[1]。

2 数学模型及灵敏系数

2.1 数学模型

y=t-A-x[2]

式中：

y—被检点温控仪示值误差，单位为℃；

t—被检温控仪示值，单位为℃；

A—标准温度计示值，单位为℃；

x—标准温度计该检定点证书上修正值，单位为℃。

2.2 灵敏系数

3 标准不确定度评定

3.1 输入量t 的标准不确定度评定u(t)

（1）被检温控仪示值重复性引入的标准不确定度u(t1)，用A 类标准不确定度评定。分别将标准水银温度计和不同分度值的被检温控仪同时放入恒定的校准点温度的恒温槽中，待示值稳定后，对被检温控仪进行10 次重复测量，单次测量的标准偏差如表1 所示。

表1 单次测量的标准偏差（单位℃）

（2）被检温控仪分辨力引入的标准不确定度u(t2)，用B类标准不确定度评定，按均匀分布处理。由被检温度计读数分辨力引入的不确定度如表2 所示。

表2 被检温度计读数分辨力引入的不确定度（单位℃）

因为u(t1)、u(t2)取大者，所以经过计算u(t)如表3 所示。

表3 输入量t 的标准不确定度u(t)（单位℃）

3.2 输入量A 的标准不确定度评定u(A)

（1）标准温度计示值重复性引入的标准不确定度u(A1)，用A 类标准不确定度评定。将标准水银温度计和被检控温仪同时放入恒定的检定点温度的恒温槽中，待示值稳定后，对标准水银温度计进行10 次重复测量，结果如表4 所示。

（2）标准水银温度计读数分辨力（估读）引入的标准不确定度u(A2)，用B 类标准不确定度评定。标准水银温度计的读数分辩力为其分度值的1/10，即0.01℃，则不确定度区间半宽为0.01℃，按均匀分布处理。

表4 标准水银温度计10 次重复测量的值（单位℃）

（3）标准水银温度计读数时视线不垂直引入的标准不确定度u(A3)，用B 类标准不确定度评定。标准水银温度计读数误差范围为±0.005℃，则不确定度区间半宽分别为0.005℃，按反正弦分布处理。

（4）由恒温槽温场不均匀引入的标准不确定度u(A4)，用B 类标准不确定度评定。由规程中对恒温槽的技术条件可知，考虑工作区域最大温差，都按均匀分布处理，不确定度分别如表5 所示。

表5 恒温槽温场不均匀引入的不确定度（单位℃）

（5）恒温温度波动度引入的标准不确定度u(A5)，用B 类标准不确定度评定。由规程中对恒温槽的技术条件可知，考虑控温波动度，都按均匀分布处理，不确定度分别如表6 所示。

因为u(A1)、u(A2)、u(A3)、u(A4)、u(A5)互不相关且u(A1)大于u(A2)，所以：

表6 由控温波动度引入的不确定度（单位℃）

表7 由输入量A 引入的标准不确定度u(A)（单位℃）

经过计算，结果如表7 所示。

3.3 输入量x 的标准不确定度评定u(x)

标准水银温度计检定点证书上的修正值引入的标准不确定度u(x)，由其检定规程上相应检定点的最大允许误差作为区间半宽来评定，因此测量结果的标准不确定度用B 类标准不确定度评定分别为：

表8 合成标准不确定度uc(y)（单位℃）

表9 扩展不确定度U（单位℃）

4 合成标准不确定度

因为以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以其合成标准不确定度为：

经过计算，结果如表8 所示。

5 扩展不确定度计算

取k=2，扩展不确定度U=2uc(y) 。

经过计算，结果如表9 所示。

表10分度值为0.1℃的标准不确定度分量及扩展不确定度

6 温度指示控制仪测量结果不确定度评定（各校准点）[3]

根据JJG 874-2007《温度指示控制仪检定规程》的规定，对温度指示控制仪全量程范围内的校准点进行校准，各校准点标准不确定度分量及扩展不确定度如表10 和表11 所示。

7 测量结果的扩展不确定度

分度值：0.1℃，测量范围为（-60～300）℃，U=0.5℃，k=2。

分度值：1℃，测量范围为（-60～300）℃，U=0.8℃，k=2。

8 结束语

本文通过对温度指示控制仪测量结果不确定度的分析评定，给出了不同分度值相对应的不同测量点的测量不确定度分量，进一步细化了评定过程，为广大温度计量工作者在建立计量标准时提供了方法，为温度指示控制仪的准确使用提供了技术支撑。