基于液体低温恒温器的温度偏差不确定度评定方法研究

孙浩 蒋静

摘 要 本文基于液体低温恒温器的温度偏差特性，推导了一种不确定度的评定方法。该方法能有效计算出待测设备的温度偏差不确定度，为评估设备性能提供可靠的依据。试验表明，这种评定方法可以有效表示其不确定度，并且计算方法简单有效。

关键词 低温恒温槽;不确定度;参数测试;测试标准

引言

在低温领域中，样品的各种低温性能（热物理性质、机械性能、光学物理性能、磁热性能及超导性能等）通常需在低温恒温条件下进行测试。低温恒温器就是这样一种利用低温流体或其他方法使样品处于恒定或所需方式变化的温度中，并与外界热绝缘的低温装置，具有广泛的应用。液体低温恒温器用于提供准确、稳定的低温温度场，它的计量性能优劣直接关系到科研试验结果或产品质量。因此，液体低温恒温器计量特性的校准具有重要的应用意义和极大的市场需求。测试中对其不确定度的评价方法也可以有效提高测量精确度，保证试验结果。本文提出了一种基于液体低温恒温器的不确定度评价方法，能够准确计算出液体低温恒温器的测量性能，保证测量品质[1]。

1 液体恒温器测量方法

1.1 测试条件

环境条件应满足测量标准和恒温试验设备正常使用的要求。主要包括温度为15℃～35℃，相对湿度不大于85%RH，周围应无强烈振动及腐蚀性气体存在，同时避免其他冷、热源影响。选择在空载条件下校准。

1.2 测量点的位置

温度传感器布放位置为设备温度性能测试时的测量点位置，测量点序号用1、2、3……数字表示，数量为9个，温度传感器应布放在工作空间上、下水平面及空间几何中心点，见图1所示。

1.3 温度的测试

在设备空载条件下进行测试。在确认设备液位正常后，将设备控制温度设定到测试温度，并开启运行设备，待其达到设定温度并处于稳定状态后开始记录各测量点温度。应每2min测量一次，测量过程应包括一个以上的完整温度变化周期，测量时间应在30min以上。

2 温度偏差不确定度评价

2.1 温度偏差公式

2.2 灵敏度系数

对公式1.1和1.2各分量求偏导，得到各分量的灵敏系数：

2.3 標准不确定度分量

（1）温度偏差重复性测量和标准器的分辨力引入的标准不确定度分量

标准器温度分辨力为0.001℃，不确定度区间半宽0.0005℃，服从均匀分布，则分辨力引入的标准不确定度分量：

（3）标准器稳定性引入的标准不确定度分量。本标准器相邻两次测试温度修正值最大变化0.10℃，按均匀分布，由此引入的标准不确定度分量。

（4）被校设备温度设定值分辨力引入的不确定度。水槽温度设定值分辨力为0.01℃，区间半宽0.005℃，按均匀分布，则分辨力引入的不确定度分量为[3]。

由此，得到了各个不确定度的分量。下面合成标准不确定度。

最后，计算扩展不确定度。

3 试验测试

测试型号为DC8015的液体低温恒温槽，温度范围为：（-80～5）℃，温度设定分辨力：0.1℃，测试点：温度-40.0℃。使用PR205型温度巡检仪，温度测量范围（-80～300）℃，温度指示分辨力：0.01℃;测量时带修正值使用，不确定度=0.05℃，=2。

得到如下不确定度分析结果：

4 结束语

本文基于液体低温恒温槽推导了其温度偏差不确定度的评定方法，并通过试验证明此方法可靠、有效。除此之外还可以按照本文思路推导其温度均匀度和温度波动度的不确定度评定方法，这是今后研究的重点和方向。

参考文献

[1] 李海洋，姚新红，张进明.高准确度静态质量法液体流量标准装置及其不确定度评价[J].计量与测试技术，2020（5）：65-68.

[2] 蒋静，沈文杰，田昀.一体化温度变送器现场自动校准装置的设计及实验研究[J].中国计量，2015（6）：2-4.

[3] 白波，胡海韬，袁宝，等.中国散裂中子源4 K 低温恒温器温度校正[J].低温工程，2019（1）：12-14，19.

[4] 液体恒温试验设备温度性能测试规范：JJF 1059.1—2012[S].北京：中国计量出版社，2012.

作者简介

孙浩（1983-），男;职称：工程师，现就职单位：天津市计量监督检测科学研究院，研究方向：计量测试技术。