工業(yè)熱電阻檢定中產(chǎn)生偏差的原因分析

[摘要]文章主要闡述依據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JIC229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》進(jìn)行工業(yè)熱電阻檢定過程中，產(chǎn)生測量偏差的一些原因，并對這些原因進(jìn)行歸納分析，包括工業(yè)熱電阻的簡介、檢定時(shí)使用水三相點(diǎn)瓶產(chǎn)生偏差的原因分析、使用電測設(shè)備產(chǎn)生偏差的原因分析。
　　工業(yè)熱電阻因其測溫精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)及精密測量中得到廣泛的應(yīng)用。熱電阻測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。工業(yè)熱電阻的感溫元件最常見的有金屬鉑和金屬銅，這是因?yàn)榻饘俚奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且容易提純，又因?yàn)殂K和銅的電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系更接近于線性關(guān)系，所以工業(yè)熱電阻-般采用Pt100、Pl10、Cu50、Cul00。目前工業(yè)熱電阻按照國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》進(jìn)行檢定。
　　在檢定工業(yè)熱電阻過程中發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)生測量偏差的因素，由這些因素產(chǎn)生的測量偏差，不僅會(huì)造成檢定數(shù)據(jù)偏差，甚至還會(huì)影響到檢定結(jié)果的判定。下面對這些因素進(jìn)行歸納，并分析這些因素產(chǎn)生測量偏差的原因。
1使用水三相點(diǎn)瓶時(shí)產(chǎn)生的偏差
　　水三相點(diǎn)瓶及其保溫容器是JJC229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程中要求用來重測標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的Rtp值的，如果重測的R,值不正確，將直接影響R0、R100以及△α的計(jì)算結(jié)果。在使用水三相點(diǎn)瓶時(shí)往往出現(xiàn)方法不正確引起的Rtp測量偏差。除了能正確凍制水三相點(diǎn)瓶外，使用時(shí)容易造成Rtp測量偏差的原因有以下兩點(diǎn):
(1)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)放人水三相點(diǎn)瓶之前未預(yù)冷。應(yīng)該先將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)放人制冷恒溫槽中預(yù)冷，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的溫度接近于水三相點(diǎn)0.01℃時(shí)，再將其放人水三相點(diǎn)瓶中測量。這是因?yàn)闊犭娮铚y溫時(shí)，必然會(huì)通過熱電阻產(chǎn)生熱量交換，產(chǎn)生傳熱誤差。所以將標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計(jì)預(yù)冷是為了不把外界的熱量帶人到瓶內(nèi)，避免傳熱現(xiàn)象帶來的測量偏差。
(2)水三相點(diǎn)瓶凍制完成后立刻使用。應(yīng)該將凍制好的水三相點(diǎn)瓶在接近于0.01℃的溫度下穩(wěn)定30min后再使用。這是因?yàn)閯們鲋瞥傻乃帱c(diǎn)瓶，它的三相點(diǎn)溫度是偏低的(不同的凍制方法偏低的溫度值也不同)，在凍制工程中，過冷度很大，造成冰晶的尺寸偏小，產(chǎn)生了較大的應(yīng)力。所以水三相點(diǎn)瓶凍制完成后，要在接近于0.01℃的溫度下穩(wěn)定30min后再開始測量，這樣才能使冰晶尺寸變大，慢慢消除應(yīng)力，保證測量值的正確性。
2使用電測設(shè)備時(shí)產(chǎn)生的偏差
　　依據(jù)JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程，對于A級(jí)及AA級(jí)熱電阻的檢定需要使用0.005級(jí)及以上等級(jí)電測設(shè)備。多數(shù)市級(jí)計(jì)量部門已把電測設(shè)備換成了相應(yīng)等級(jí)的數(shù)字多用表，這就存在著使用電測設(shè)備不當(dāng)帶來的測量偏差。使用電測設(shè)備不當(dāng)造成的測量偏差有以下兩點(diǎn)原因:
(1)檢定時(shí)量程選擇不當(dāng)。這是因?yàn)槿绻砍踢x撣過高，影響測量精度，造成測量偏差;量程選擇過低，會(huì)超范圍無法顯示;如果選擇自動(dòng)量程，則會(huì)造成讀數(shù)延遲，不能保證測量的時(shí)間間隔。所以檢定時(shí)要選擇合適的量程。
(2)使用數(shù)字多用表檢定熱電阻時(shí)未使用低電流檔，導(dǎo)致通過熱電阻的電流過大。測量熱電阻阻值時(shí)，需要通過一定的電流，在檢定過程中通過熱電阻的電流應(yīng)不大于lmA。這是因?yàn)殡娏魍ㄟ^熱電阻時(shí),在熱電阻的感溫元件和引線上產(chǎn)生焦耳熱并形成溫度梯度，由于這種內(nèi)部熱效應(yīng)，使熱電阻自身溫度升高引起測量偏差，所以檢定過程中數(shù)字多用表應(yīng)放置在低電流檔上測量電阻值。
由于內(nèi)部熱效應(yīng)引起的測量偏差，其大小因流過熱電阻電流大小而不同，用兩支工業(yè)鉑熱電阻在0℃點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，在其他試驗(yàn)條件不變的情況下，不斷增大通過鉑熱電阻的電流，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。
 
　　上一級(jí)計(jì)量部門檢定證書數(shù)據(jù)中1號(hào)鉑熱電阻為100.0023Ω;2號(hào)鉑熱電阻為100.0038Ω。
　　從表1中數(shù)據(jù)可以看出，雖然流經(jīng)鉑熱電阻的電流增大可以提高測量靈敏度，但電流越大工業(yè)鉑熱電阻的內(nèi)部熱效應(yīng)越明顯，造成的測量偏差越大,當(dāng)通過鉑熱電阻的電流為5mA時(shí)，1號(hào)鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后，比上一級(jí)計(jì)量部門的檢定結(jié)果約高0.03℃，2號(hào)鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后，比上一級(jí)計(jì)量部門的檢定結(jié)果約高0.04℃。所以熱電阻在檢定或使用中電流應(yīng)受到限制。既要考慮使用較小的測量電流，使自熱效應(yīng)減至最小程度，又要保證必要的測量靈敏度，所以采用1mA的測量電流較適宜。
　　以上是檢定工業(yè)熱電阻時(shí)，產(chǎn)生測量偏差的一些因素及其原因分析,在實(shí)際檢定中應(yīng)避免這些因素對檢定結(jié)果的影響。