可调角型双金属温度计示值误差的分析

摘 要：本文将详细介绍可调角型双金属温度计的示值误差和角度调整误差的校准和数据处理，分析径向位置和轴向位置示值误差的一些问题。通过对示值误差的分析，帮助有关人员更好地开展可调角型双金属温度计示值误差的校准工作。

关键词：可调角型双金属温度计，示值误差，轴向，径向

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.22.030

双金属温度计是一种常用于中低温测量的仪器。它在工业生产和实验室中，广泛应用于对环境温度的监控。在轻工行业的生产制造中，对环境温度有严格要求时，可用双金属温度计对其进行控温。

双金属温度计应用广泛，其准确性直接影响到对温度的严格控制。如果使用的双金属温度计测温不准，对要求控温的产品或实验都会产生很大的影响。因而，要根据实际情况定期对其校准，以确保其测得的温度示值准确可靠。

双金属温度计校准规范上要求可调角型双金属温度计示值误差的校准应在轴向位置上完成。本篇文章通过对8个同批次可调角型双金属温度计各进行10组轴向位置和径向位置示值误差的校准，证实了轴向位置上的示值更准确可靠。

1 双金属温度计的原理和分类

双金属温度计是利用膨胀系数不同的两种纯金属片或合金片组成感温元件，一端固定，另一端（自由端）带有指针。当温度变化时，感温元件曲率发生变化，自由端旋转，带动指针在度盘上指示出温度数值[1-2]，以此来测量温度。

双金属温度计按主要功能分为普通指示型和电接点型；按指示装置和感温元件的连接位置分为角型（轴向型）、直型（径向型）和可调角型。可调角型的双金属温度计要校准其角度调整误差。可调角型双金属温度计由轴向（或径向）位置调整到径向（或轴向）位置时的温度示值的最大变化，即为角度调整误差。

2 示值误差和角度调整误差的校准

按照现行有效的校准规范JJF 1908—2021《双金属温度计校准规范》的要求，对可调角型双金属温度计示值误差和角度调整误差进行校准。

2.1 标准器及其配套设备

本次校准用的主标准器是两支经检定合格的标准水银温度计，测量范围分别是（0～50）℃/0.1℃、（50～10 0）℃/0.1℃，分度值均为0.1℃，最大允许误差（MPE）均为±0.15℃。主要配套设备为恒温水槽和恒温油槽，其中恒温水槽的介质是防冻液，能够降温到0℃，测量范围为-10～90℃，均匀性≤0.01℃，波动性≤0.04℃/10m i n ；恒温油槽的介质是硅油，测量范围为90～30 0℃，均匀性≤0.01℃，波动性≤0.0 4℃/10min，均符合JJF 1908—2021的要求。

2.2 校准方法

选取同一批次的8个可调角型双金属温度计作为被校仪器，其生产厂家为红旗仪表有限公司，型号为（0～100）℃/2℃，分度值为2℃，准确度等级为1.5级。

校准点选择测量范围内的上下限温度点和中间点，分别为0℃、50℃、100℃，共三个校准点。从下限点开始校准，先正行程，再反行程，上、下限点只做单行程校准。

将标准水银温度计和被校可调角型双金属温度计按规定的浸没深度插入恒温槽中，将角度调整到径向，待示值稳定后开始读数，视线垂直于标度盘，并估读到分度值的1/10，分别记下标准水银温度计和被校双金属温度计示值。然后再调整角度到轴向，读数示值。再按正行程校准下一个温度点，然后再做反行程。由于上、下限点只做单行程校准，所以校准顺序为0℃、50℃、100℃、50℃。可调角型双金属温度计从径向位置调整轴向位置时，记录该过程中温度示值的最大变化量，即为角度调整误差。示值误差和角度调整误差的校准同时进行。

3 测量结果分析

3.1 原始数据

按上述方法对8个编号0～8的可调角型双金属温度计在径向和轴向从正行程再反行程在0℃、50℃、100℃、50℃四个温度校准点分别重复测量10次，得到不同角度不同校准点各8组数据。

3.2 异常值的判别及剔除

对于原始数据中异常值的判别和剔除，一般选择格拉布斯准则来进行。设在一组重复测量结果xi中，求其平均值-x和标准偏差s，其残差vi的绝对值∣vi∣最大者为可疑值xd，在给定的包含概率P =0.99或P =0. 95，也就是显著性水平α=1-P = 0.01或0.05时，如果满足式（1），可以判定xd为异常值。

3.3 示值误差和角度调整误差的计算

按格拉布斯准则剔除了异常值后，剩余的测得值取平均值 ，标准温度计的测得值加标准温度计检定证书上的修正值得到的值为参考值xs，则示值误差Δx = -x- xs ，角度调整误差为径向位置与轴向位置示值差值的绝对值。如表1 、表2所示。

3.4 测量重复性

对可调角型双金属温度计不同温度校准点下在径向位置和轴向位置各重复测量10次，共测了8组，故合并样本标准偏差用来表征测量重复性。则合并样本标准偏差sp （x） ：

代入公式（2），计算的结果如表3所示。

3.5 结果分析

这8支双金属温度计的量程是0～100℃，分度值为2℃，准确度等级为1.5级，按照JJF 1908—2021的要求，这些双金属温度计的最大允许误差为±1.5%FS，即为1.5℃，角度调整误差为1.0℃。

通过以上的数据处理，可以看出1号在100℃校准点上轴向位置和径向位置的示值误差都超过最大允许误差，3号在50℃校准点上径向位置的示值误差超过最大允许误差，4号在0℃校准点上径向位置的示值误差超过最大允许误差。

4号在0℃和1 0 0℃校准点上的角度调整误差都超过JJF 1908—2021的要求，5号在10 0℃和50℃（反行程）校准点上的角度调整误差都超过JJF1908的要求，6号和7号在100℃校准点上的角度调整误差都超过JJF 1908的要求。2号、8号在4个温度校准点上径向位置和轴向位置的示值误差均低于最大允许误差，在4个温度校准点上的角度调整误差也都符合JJF 1908的要求。

可调角型双金属温度计在不同温度校准点时，如表3所示，0℃时轴向位置的测量重复性s p （x ） = 0 . 1 6℃，小于径向位置的测量重复性s p （x ） = 0 . 4 0℃；正行程5 0℃时轴向位置的测量重复性s p （x ） = 0 .14℃，小于径向位置的测量重复性s p （x ） = 0 . 21℃；10 0℃时轴向位置的测量重复性s p （x ） = 0 . 1 9℃，小于径向位置的测量重复性s p （x ） = 0 . 3 4℃；反行程5 0℃时轴向位置的测量重复性s p （x ） = 0 .14℃，小于径向位置的测量重复性sp （x ）=0.27℃；故轴向位置的测量重复性要优于径向位置的测量重复性，则轴向位置由重复性引入的不确定度分量也更小，校准测量能力也更好，故而对于可调角型双金属温度计的示值误差在轴向位置上校准更准确可靠[3-4]，正如JJF 1908所示的“可调角型双金属温度计示值误差的校准应在轴向位置上完成”。

4 结 语

综上所述，在校准可调角型双金属温度计的时候要注意轴向位置和径向位置的差别，校准示值误差时应在轴向位置上完成，还要校准角度调整误差，对于测得的示值要进行异常值判别和剔除，以保证结果的准确可靠。

参考文献

[1]高旭辉，李姣姣，杨超，等.双金属温度计的测量不确定度评定[J].市场监管与质量技术研究，2023（4）：58-61.

[2]叶飞.双金属温度计的特点及其检定方法探索[J].大众标准化，2023（1）：186-188.

[3]王红刚.关于双金属温度计测量值的不确定度评定[J].内燃机与配件，2018（2）：167-168.

[4]张盼盼.双金属温度计示值误差的不确定度分析[J].计量与测试技术，2017，44（5）：79+81.

作者简介

王慧，硕士，工程师，从事温度计量、化学计量工作。

（责任编辑：张瑞洋）