比较法校准精密铂电阻温度计的探讨

姚丽芳 陈 宇 朱家良

(上海市计量测试技术研究院，上海 201203)



比较法校准精密铂电阻温度计的探讨

姚丽芳 陈 宇 朱家良

(上海市计量测试技术研究院，上海 201203)

介绍了在0～419.527℃范围内采用比较法对100℃时电阻比大于等于1.3925的精密铂电阻温度计进行校准和直接采用简化公式进行参数计算的可行性。

精密铂电阻温度计；比较法；1990年国际温标

0 引言

精密铂电阻温度计是利用铂电阻随温度变化而变化的特性来测量温度的精密仪器，其感温元件由无应力退过火的铂丝制成。精密铂电阻温度计元件的结构特征与标准铂电阻温度计类似，稳定性、准确度介于二等标准铂电阻温度计与工业铂电阻温度计之间，且100℃时电阻比W100℃≥1.3925。

精密铂电阻温度计形状多变、抗震性强，在国外，已替代标准水银温度计并部分替代二等标准铂电阻温度计，广泛应用于现场校准领域，国内近十年来也已大量引进。

长杆精密铂电阻温度计可以参照标准铂电阻温度计采用定点法校准，短杆精密铂电阻温度计由于长度、形状及量程限制，无法完全采用定点法，则应探求采用比较法校准的可能性。

1 比较法校准精密铂电阻温度计的实践

为了验证比较法校准精密铂电阻温度计的可行性，我们在同一天分别采用定点法和比较法对6支长杆精密铂电阻温度计在锌凝固点(419.527℃)和锡凝固点(231.928℃)进行了比对试验。

1.1 实验设备

1)定点炉装置：锌凝固点炉、锡凝固点炉和水三相点装置，符合一等装置要求。

2)标准器：一等标准铂电阻温度计。

3)电测设备：1594电桥，最大允许误差±4×10-6。

4)温度比较装置：在231℃采用了添置等温块的RTS-300A恒温油槽；在420℃采用了K12型基准计量比较炉。具体技术指标见表1。

表1 温度比较装置技术指标

1.2 试验过程

首先用定点法进行校准，完全参照JJG 160—2007《标准铂电阻温度计》检定规程进行操作。

(1)

Wt′=Rt′/Rtp

(2)

1.3 试验数据

为了提高数据可靠性，我们在6天用比较法对所有温度计做了6遍复现性。试验数据见表2。

表2 定点法、比较法比对结果

试验证明，定点法和比较法在锌凝固点最大差值为6.3mK，复现性s优于3.0mK；在锡凝固点最大差值为2.4mK，复现性s优于2.0mK，符合JJF 1178—2007规定的一等铂电阻温度计标准装置复现性要求。

2 比较法数学模型

由于精密铂电阻温度计计量特性同标准铂电阻温度计相似，采用比较法校准时，可以采用两种公式进行计算。一种是1990年国际温标推荐使用公式，一种是简化公式。

2.1 1990年国际温标推荐使用公式

根据1990年国际温标，0～419.527℃温度范围内标准铂电阻温度计的偏差函数为式(3)。其中，系数a和b分别由温度计在锌、锡凝固点测得的电阻比Wt计算求得。

ΔWt=Wt-Wrt=a(Wt-1)+b(Wt-1)2

(3)

式中：ΔWt为标准铂电阻温度计的偏差函数；Wrt为标准铂电阻温度计的参考函数。

对于采用比较法校准的温度计，可以通过对偏离固定点温度进行修正，用解析法计算出该温度计的系数a、b和WZn、WSn：

WtZn-WrtZn=a[WtZn-1]+b[WtZn-1]2

(4)

WtSn-WrtSn=a[WtSn-1]+b[WtSn-1]2

(5)

2.2 简化公式

由于标准和被校温度计的铂丝纯度基本一致，dW/dt的分散性很小，因此，可直接采用式(6)计算被校温度计的WZn、WSn。

(6)

(7)

由于比较法试验偏离固定点温度不超过±0.5℃，公式简化后实际在锌凝固点和锡凝固点仅带来0.15mK的偏差。

2.3 两种数学模型计算结果的比较

采用1990年国际温标推荐使用式(3)和式(7)分别计算被校温度计的WZn和WSn，数据见表4。

表4 式(3)和式(7)计算结果的比较

经大量计算，采用式(3)和式(7)计算WZn最大相差1.1mK，WSn最大相差0.5mK，满足精密铂电阻温度计采用比较法测量扩展不确定度优于15mK，k=2的要求。

3 结束语

实践证明，在0～419.527℃范围内对特殊规格精密铂电阻温度计可以采用比较法替代定点法进行校准，采用简化公式替代1990年国际温标推荐使用公式进行参数计算是可行的，但在不确定度评定中应合理考虑两种方法和两种公式带来的差异。

[1] 姚丽芳，陈宇，朱家良，等.标准铂电阻温度计用比较法替代定点法分度的探讨.工业计量，2013(5)

[2] 1990年国际温标宣贯手册.中国计量出版社，1990

[3] 邱萍，瞿咏梅，张哲，王玉兰.用锌凝固点和水沸点检定二等标准铂电阻温度计的扩展不确定度评定.现代计量测试，2000(3)[4] JJG 160—2007标准铂电阻温度计检定规程.中国计量出版社，2007

[5] JJF 1178—2007用于标准铂电阻温度计的固定点装置校准规范.中国计量出版社，2007

[6] 锁凯声.中温标准铂电阻温度计测量误差的计算方法.计量技术，1997(12)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.18