工業(yè)鉑熱電阻能力驗證結(jié)果分析

/ 廣東省計量科室研究院

0 引言

工業(yè)鉑熱電阻通常與二次儀表配套使用，用于測量物體的溫度。它廣泛應用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、電力系統(tǒng)等領域。工業(yè)鉑熱電阻分AA級、A級、B級、C級，每級對應不同的技術特性，在校準過程中其溫度偏差是主要的計量參數(shù)。

本次工業(yè)鉑熱電阻能力驗證的目的，在于通過對工業(yè)鉑熱電阻溫度偏差進行校準，客觀地反映參加實驗室工業(yè)鉑熱電阻的校準能力，間接地反映實驗室二等鉑電阻溫度計標準裝置的測量能力和設備運行狀態(tài)，增強客戶對參加實驗室的信任度。

為保證國內(nèi)各計量技術機構、校準實驗室工業(yè)鉑熱電阻校準的量值準確、一致和可靠，依據(jù)CNAS-CL03:2010《能力驗證提供者認可準則》組織和實施本項工業(yè)鉑熱電阻能力驗證。廣東省計量科學研究院于2019年3月起，組織部分省、市級計量技術機構和行業(yè)校準實驗室開展了工業(yè)鉑熱電阻校準能力驗證，于2019年11月下旬順利完成。

1 參加者情況

此次能力驗證共有25家實驗室報名，實際參加實驗室為24家。參加實驗室涉及全國14個省、2個直轄市。其中已獲CNAS認可的實驗室共20家，占參加者總數(shù)的83%；未獲認可的實驗室共4家，占參加者總數(shù)的17%。要求參加實驗室依據(jù)JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程7.3.4條規(guī)定的方法，按照日常程序和實驗室的校準和測量能力校準工業(yè)鉑熱電阻的溫度偏差。依據(jù)規(guī)程的要求，選擇0℃和100℃為校準點。

2 樣品的選擇和穩(wěn)定性考核

本次能力驗證共選用兩支型號為Pt100，3850的工業(yè)鉑熱電阻作為能力驗證樣品，其0℃電阻標稱值為 100.00Ω，100℃電阻標稱值為 138.51Ω，溫度系數(shù)標稱值3.851×10-3℃-1。能力驗證實施過程中分為A、B兩組進行樣品傳遞。

樣品傳遞前對其進行穩(wěn)定性考核，A、B兩組樣品經(jīng)過三次500℃高溫8h退火，其前后三次溫度偏差變化小于4mK；五次測量溫度偏差變化（前后約45d）小于 5mK。

在樣品傳遞過程中A組樣品穩(wěn)定性如圖1所示，B組樣品穩(wěn)定性如圖2所示。

圖1 A組樣品傳遞過程Δt0變化

圖2 B組樣品傳遞過程Δt0變化

從圖1可知，A組樣品傳遞時間長、實驗次數(shù)多，在傳遞過程中受運輸、實驗操作等外力影響，其0℃校準點的溫度偏差Δt0有緩慢上升趨勢。

為減小樣品的不穩(wěn)定對能力驗證評價產(chǎn)生影響，樣品在0℃校準點的溫度偏差Δt0和在100℃校準點的溫度偏差Δt100的最大變化量將作為樣品在能力驗證實施期間穩(wěn)定性引入的影響量ue參與歸一化偏差En值計算。

3 結(jié)果評價及分析

本次能力驗證對參加實驗室提交的結(jié)果進行匯總并分析處理，計算各參加實驗室的歸一化偏差En值：

式中：Xlab——參加實驗室給出的測量值；

ulab——參加實驗室Xlab值的測量不確定度（k=2）；

Xref——參考值；

uref——參考值Xref的測量不確定度（k=2）；

ue——樣品在能力驗證實施期間穩(wěn)定性引入的影響量（k=2）

本次能力驗證中，實際共有24家實驗室參加，其中20家實驗室報告的校準結(jié)果的|En|小于1，結(jié)果判定為“滿意”，4家實驗室報告的校準結(jié)果的|En|大于1，結(jié)果判定為“不滿意”。獲得“滿意”結(jié)果的實驗室數(shù)量占所有參加實驗室數(shù)量的83%。圖3和圖4為部分參加實驗室校準結(jié)果。

通過此次能力驗證很好地反映了參加實驗室工業(yè)鉑熱電阻的校準能力，也間接反映了參加實驗室二等鉑電阻溫度計標準裝置的運行狀態(tài)。

圖3 部分參加實驗室0℃校準結(jié)果

圖4 部分參加實驗室100℃校準結(jié)果

4 技術分析和建議

此次能力驗證通過對各參加實驗室校準結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)以下問題并提供一些建議：

1）各參加實驗室所使用的標準器均為標準鉑電阻溫度計，由于標準鉑電阻溫度計檢定周期為2a，在檢定周期內(nèi)對標準鉑電阻溫度計進行核查是非常重要的，然而在本次能力驗證中只有少數(shù)實驗室使用了水三相點瓶對標準器進行核查，標準鉑電阻溫度計狀態(tài)的偏離將直接影響校準結(jié)果。

2）參加實驗室大部分使用恒溫槽作為配套設備，而有1個實驗室使用干井爐作為溫場設備，其垂直溫場和徑向溫場不如液體恒溫槽均勻，校準時被檢儀器與標準器可能存在較大溫度差異，導致結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

3）有較多實驗室使用了數(shù)字多用表作為電測設備，由于數(shù)字多用表具有多種功能和多檔位，在使用前應核查所用功能和檔位狀態(tài)是否正常。此外，某些數(shù)字多用表在測量100Ω和138.51Ω時用不同測量檔位，其允許誤差也不相同，在分析測量不確定度時也需要注意此問題。有兩個實驗室的校準結(jié)果與參考值偏差稍大，可能是數(shù)字多用表所使用功能和檔位存在超出允許誤差的情況。有些實驗室所使用的數(shù)字多用表在測量直流電阻時，其默認輸出電流可能大于1mA，甚至10mA，自熱效應對測量結(jié)果也將產(chǎn)生較大影響。

5 結(jié)語

各參加實驗室通過此次工業(yè)鉑熱電阻能力驗證，了解該項目自身校準能力，也能了解其他實驗室校準水平。更重要的是能發(fā)現(xiàn)問題，提高校準能力，有利于今后校準工作。