提高鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量精度的方法研討

李海瓏 張禮維

摘 要：本文在檢定規(guī)程對(duì)鉑電阻溫度計(jì)提出的要求基礎(chǔ)上，通過(guò)分析鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫特性，參照鉑電阻溫度計(jì)檢定結(jié)果，以此分析提高鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量精度的方法，明確溫度校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量不確定度，配備針對(duì)性的解決對(duì)策。本文研究結(jié)果僅供參考。

關(guān)鍵詞：鉑電阻溫度計(jì)；測(cè)量精度；提升措施

在溫度測(cè)量領(lǐng)域中，鉑電阻溫度計(jì)由于自身溫度測(cè)量范圍、測(cè)量穩(wěn)定性、系統(tǒng)靈活性等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際情況，目前在溫度測(cè)量中，應(yīng)用最多的為Pt100鉑電阻溫度計(jì)，屬于一種四線制溫度傳感器。本文主要從鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)方式入手，結(jié)合實(shí)際工作需求，總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，深入研究鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫結(jié)果，對(duì)比相關(guān)數(shù)值，總結(jié)在-60℃-650℃溫度范圍內(nèi)提升鉑電阻溫度計(jì)溫度測(cè)量精度的措施，詳細(xì)研究如下。

1 鉑電阻溫度計(jì)檢定結(jié)果

遵循JJG229-28檢定規(guī)定，就A級(jí)鉑電阻允許的溫度偏差為（±0.15+±0.002 ）t/℃，電阻-溫度關(guān)系表分度表以1℃為間隔。這就意味著，就質(zhì)量合格的A級(jí)鉑電阻溫度計(jì)，針對(duì)其鉑電阻溫度計(jì)檢定結(jié)果分析，若選擇查表計(jì)算方式，無(wú)法保障數(shù)值的精準(zhǔn)性，難以滿足鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量精度需求。

本文研究的鉑電阻溫度計(jì)電阻-溫度關(guān)系：

上述式子中，R（t）—屬于溫度t階段鉑電阻數(shù)值，單位：Ω。t—代表的是溫度，單位：℃。R（0）—屬于溫度為0℃階段的鉑電阻數(shù)值，單位：Ω。A—常數(shù)。B—常數(shù)。C—常數(shù)。

基于JJG229-28檢定規(guī)定基礎(chǔ)上，上述公式（1），（2）中，常數(shù)A為3.9083×10-3℃，常數(shù)B為-5.775×10-7℃，常數(shù)A為-4.183×10-12℃，電阻-溫度關(guān)系與分度表符合。本文以A級(jí)Pt100鉑電阻溫度計(jì)為例，其檢定點(diǎn)為0℃-100℃，依據(jù)實(shí)際情況，必要時(shí)開展t檢定。若電阻溫度系數(shù)（α）超差，就本文設(shè)置的檢定點(diǎn)，為保障允許偏差符合要求，需要增加一個(gè)上限溫度點(diǎn)。上限溫度點(diǎn)允許偏差為±（0.15+0.002 t）℃，電阻溫度系數(shù)（α）允許偏差為±0.000006。

基于上述規(guī)定，質(zhì)量合格的A級(jí)Pt100鉑電阻溫度計(jì)，-60℃溫度下允許偏差為±0.27℃，300℃溫度下允許偏差為±0.75℃，650℃溫度下允許偏差為±1.45℃。通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，數(shù)值偏差較大，難以保障鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)的精準(zhǔn)性，無(wú)法凸顯Pt100鉑電阻溫度計(jì)的應(yīng)用價(jià)值。

想要實(shí)現(xiàn)Pt100鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫精準(zhǔn)性的提升，必須要選擇有效測(cè)溫途徑，創(chuàng)新Pt100鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫特性方式，以此總結(jié)出高精準(zhǔn)度的測(cè)溫方式。

2 鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫特性

Pt100鉑電阻溫度計(jì)電阻-溫度關(guān)系與上述公式（1）、公式（2）符合，就任意Pt100鉑電阻溫度計(jì)，可借助校準(zhǔn)，確定公式內(nèi)的三個(gè)常數(shù)。通過(guò)將Pt100鉑電阻溫度計(jì)放置在不同槽點(diǎn)，開展測(cè)溫校準(zhǔn)，最終得到0℃電阻值為R（0）、100℃電阻值為R（100）、156.60℃電阻值為R（156.60），將各個(gè)數(shù)值帶入式子（2）中。

獲得方程：

（3）

就上述公式（1），C值很難確定，需要先明確高階項(xiàng)對(duì)電阻值的影響。統(tǒng)計(jì)-5℃～-60℃，每次間隔56℃的高階項(xiàng)數(shù)值。通過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)比數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，-40℃以上高階項(xiàng)數(shù)值很小，最大值為3 mΩ，溫度偏差為0.01℃。-40℃以下可借助線性處理計(jì)算高階項(xiàng)數(shù)值，以此完善相應(yīng)的數(shù)據(jù)特征曲線。

3 提高鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量精度的方法—以Pt100鉑電阻溫度計(jì)為例

3.1 方法驗(yàn)證

在-60～200℃溫度范圍內(nèi)，使用Pt100鉑電阻溫度計(jì)，每10℃測(cè)量1次，比較測(cè)量結(jié)果、一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的測(cè)量結(jié)果，以此分析其精準(zhǔn)度。

取一只Pt100鉑電阻溫度計(jì)在-60～200℃溫度范圍內(nèi)，每間隔10℃進(jìn)行測(cè)量，將其測(cè)量結(jié)果與一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，檢查其測(cè)量的準(zhǔn)確度。經(jīng)校準(zhǔn)，該鉑電阻溫度計(jì)的電阻-溫度關(guān)系常數(shù)為A=3.9083×10-3℃，B=-5.775×10-7℃，R（0）=99.9462Ω，R（156.6）=159.6785Ω，R（100）=138.4096Ω。

通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在-60～200℃溫度范圍內(nèi)，使用的Pt100鉑電阻溫度計(jì)，溫度設(shè)定計(jì)算值與溫度設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值偏差為±0.05℃以內(nèi)，在相同溫度下，使用查表法計(jì)算溫度偏差，得到的偏差數(shù)值為±0.5℃以內(nèi)。同等溫度范圍內(nèi)，A級(jí)Pt100鉑電阻溫度計(jì)允許誤差為±0.55℃。因此，就Pt100鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量值比較，使用查表法可保障測(cè)量值的精準(zhǔn)性。受到條件限制，在200～300℃溫度范圍未能開展實(shí)際測(cè)試，但通過(guò)推理測(cè)試數(shù)據(jù)，上述提出的結(jié)論也合理。

3.2 不確定度分析

Pt100鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量不確定度分析，首先需要明確不確定度的來(lái)源，接著開展不確定度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，主要包括：A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.15mK；A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度0℃為0mK，100為℃1.36mK，156.6℃為1.67mK；一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)不確定度，0℃為2.32mK，100℃為1.80mK，156.6℃為1.80mK。

總而言之，大量試驗(yàn)表明，本文提出的方式切實(shí)可行，借助EXCEL表格處理軟件實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的處理，可簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程，迅速獲取試驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于本文上述研究可知，就-60℃以下的溫度，可應(yīng)用本文上述方式，分段確定直線方程，并確定分段測(cè)溫公式。就200℃以上的溫度，受到條件限制，筆者并未開展相關(guān)試驗(yàn)?；诶碚撋隙裕挥秀K電阻溫度計(jì)測(cè)溫特性與上述公式（2）符合，就可實(shí)現(xiàn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量精度的提升。

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