恒温槽技术性能测量结果的不确定度评定

孙浩 沈文杰

摘要：恒温槽是温度计量中常用的设备，可以为温度传感器的校准提供满足要求的温场。恒温槽的均匀性和波动性是衡量其技术性能的关键指标。为了保证量值传递的准确、可靠，采用标准铂电阻温度计和精密直流测温电桥组成测量系统，对恒温槽进行校准，并完成测量结果的不确定度分析。结果显示，恒温槽波动性测量的不确定度U0.005 mK（k=2），均匀性测量的不确定度UO.005 mK（k=2），满足校准规范JJF1030-2010的要求。

关键词：恒温槽;不确定度;导热介质;温度控制系统

中图分类号：TH811

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.058

1 引言

恒温槽以液体为导热介质，通过温度控制系统及搅拌或射流装置的作用，能够为温度传感器的校准提供均匀稳定的恒定温场。按照导热介质的不同，分为制冷恒温槽、标准水槽和标准油槽，提供温场的温度范围可达到- 80 - 300℃。温度计量采用比较的方法完成，即将标准温度计和被校准温度计同时放人恒温槽内，通过比较确定被校温度计的示值误差。因此，恒温槽的均匀性和波动性会影响到测量结果的准确性和可靠性。

本文采用标准铂电阻温度计搭建测量系统，对恒温槽的均匀性和波动性进行校准，并对测量结果的扩展不确定度进行评定。

2 测量系统和测量方法

2.1 测量系统

标准器：标准铂电阻温度计，- 200 - 419.527℃，二等;测温电桥：数字多用表TTI-22，分辨力为1 mK;

校准对象：标准恒温水槽，校准点为50℃。

2.2 测量方法

2.2.1 温度波动性的测试

将一支标准铂电阻温度计插入到恒温槽工作区域内的1/2深度位置，待恒温槽稳定后，通过直流测温电桥读取标准铂电阻温度计的示值。以每分钟6次的均匀间隔读取示值，持续10 min。取最大值与最小值之差即为恒温槽在该温度点的波动性。

2.2.2 温度均匀性的测试

恒温槽均匀性测试时使用两支标准铂电阻温度计分别作为固定温度计和移动温度计，固定温度计置于恒温槽工作区域的1/2深度位置，即参考位置0点;另一支温度计作为移动温度计分别置于所需的位置点进行测量，见图1中位置A、B、C、D、F、F、G和H。以A和B位置点为例，通过“参考位置”法得到OA点和OB点之间的温度差，通过两者的差，得到A点与B点的温差。取所有点中的温差最大值作为恒温槽的均匀性。测量系统示意图如图1所示。

3 测量结果的不确定度评定

3.1 温度波动性测量结果的不确定度评定

3.1.1 测量模型

△t=tmax - tmin

（l）式（l）中：tmax为测量过程中读取的最大示值，℃;tmin为测量过程中读取的最小示值，℃。

3.1.2 标准不确定度的评定

3.1.2.1 测量重复性引入的标准不确定度μ.

在50℃时，对同一位置的温度波动性测试10次，得到s=0.002℃，则μr=s=2 mK。

3.1.2.2 电测仪表短期稳定性引入的不确定度μ：

TTI-22数字多用表在短时间内（一般不超过10 min）稳定性影响估计值为1 mK，按均匀分布处理，则μ2=l/√3=0.58 mK。

3.1.2.3 电测仪表分辨力引入的不确定度μ3，

TTI-22数字多用表分辨力为1 mK，区间半宽为0.5 mK，即按均匀分布处理μ3=0.5/√3=0.29 mK。

3.1.2.4 標准铂电阻温度计的短期稳定性引入的标准不确定度μ4。

标准铂电阻温度计的短期稳定性（一般不超过10 min）估计不超过1 mK，取半宽区间为0.5 mK，按均匀分布处理，则μ4=0.5/√3=0.29 mK。

3.1.3 合成标准不确定度

标准不确定度分量一览表如表1所示。

3.2.2 标准不确定度的评定

3.2.2.1 测量重复性引入的标准不确定度μ1.

以50℃为例进行不确定度分析。按照规定的测试方法，对位置点A和位置点B之间的温差测量10次，按贝塞尔公式计算单次测量的试验标准偏差s-0.002℃，则，urs-2 mK。

3.2.2.2 输入量tA-0。引入的标准不确定度μ2

该不确定度分量引入的因素主要包括两支标准铂电阻温度计之间差值的短期稳定性、电测仪表的分辨力、两测量孔内温度变化的不一致等，均属于B类评定。由于两支标准铂电阻温度计的量程基本一致，使用同一电测仪表进行读数，电测仪表短期稳定性引入的不确定度可以忽略不计。

两支标准铂电阻温度计之间短期稳定性引入的标准不

4 结束语

本文采用两支标准铂电阻温度计和电测仪表组成测量系统对恒温槽50℃校准点的波动性和均匀性进行测量，并考虑校准过程中的影响因素，对测量结果的不确定度进行分析评定。经分析，波动性和均匀性测量结果的不确定度均为U=0.005℃（k=2），能够满足JJF1030-2010的要求，说明测量结果准确、可靠。