工業(yè)熱電阻檢定中產(chǎn)生偏差的原因分析

[摘要]文章主要闡述依據國家計量檢定規程JIC229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》進(jìn)行工業(yè)熱電阻檢定過(guò)程中，產(chǎn)生測量偏差的一些原因，并對這些原因進(jìn)行歸納分析，包括工業(yè)熱電阻的簡(jiǎn)介、檢定時(shí)使用水三相點(diǎn)瓶產(chǎn)生偏差的原因分析、使用電測設備產(chǎn)生偏差的原因分析。
　　工業(yè)熱電阻因其測溫精度高、穩定性強、結構結實(shí)耐用等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)及精密測量中得到廣泛的應用。熱電阻測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著(zhù)溫度的變化而變化的特性。工業(yè)熱電阻的感溫元件最常見(jiàn)的有金屬鉑和金屬銅，這是因為金屬的物理化學(xué)性質(zhì)穩定且容易提純，又因為鉑和銅的電阻與溫度的對應關(guān)系更接近于線(xiàn)性關(guān)系，所以工業(yè)熱電阻-般采用Pt100、Pl10、Cu50、Cul00。目前工業(yè)熱電阻按照國家計量檢定規程JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》進(jìn)行檢定。
　　在檢定工業(yè)熱電阻過(guò)程中發(fā)現一些產(chǎn)生測量偏差的因素，由這些因素產(chǎn)生的測量偏差，不僅會(huì )造成檢定數據偏差，甚至還會(huì )影響到檢定結果的判定。下面對這些因素進(jìn)行歸納，并分析這些因素產(chǎn)生測量偏差的原因。
1使用水三相點(diǎn)瓶時(shí)產(chǎn)生的偏差
　　水三相點(diǎn)瓶及其保溫容器是JJC229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規程中要求用來(lái)重測標準鉑電阻溫度計的Rtp值的，如果重測的R,值不正確，將直接影響R0、R100以及△α的計算結果。在使用水三相點(diǎn)瓶時(shí)往往出現方法不正確引起的Rtp測量偏差。除了能正確凍制水三相點(diǎn)瓶外，使用時(shí)容易造成Rtp測量偏差的原因有以下兩點(diǎn):
(1)標準鉑電阻溫度計放人水三相點(diǎn)瓶之前未預冷。應該先將標準鉑電阻溫度計放人制冷恒溫槽中預冷，當標準鉑電阻溫度計的溫度接近于水三相點(diǎn)0.01℃時(shí)，再將其放人水三相點(diǎn)瓶中測量。這是因為熱電阻測溫時(shí)，必然會(huì )通過(guò)熱電阻產(chǎn)生熱量交換，產(chǎn)生傳熱誤差。所以將標準鉑熱電阻溫度計預冷是為了不把外界的熱量帶人到瓶?jì)?，避免傳熱現象帶來(lái)的測量偏差。
(2)水三相點(diǎn)瓶?jì)鲋仆瓿珊罅⒖淌褂?。應該將凍制好的水三相點(diǎn)瓶在接近于0.01℃的溫度下穩定30min后再使用。這是因為剛凍制成的水三相點(diǎn)瓶，它的三相點(diǎn)溫度是偏低的(不同的凍制方法偏低的溫度值也不同)，在凍制工程中，過(guò)冷度很大，造成冰晶的尺寸偏小，產(chǎn)生了較大的應力。所以水三相點(diǎn)瓶?jì)鲋仆瓿珊?，要在接近?.01℃的溫度下穩定30min后再開(kāi)始測量，這樣才能使冰晶尺寸變大，慢慢消除應力，保證測量值的正確性。
2使用電測設備時(shí)產(chǎn)生的偏差
　　依據JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規程，對于A(yíng)級及AA級熱電阻的檢定需要使用0.005級及以上等級電測設備。多數市級計量部門(mén)已把電測設備換成了相應等級的數字多用表，這就存在著(zhù)使用電測設備不當帶來(lái)的測量偏差。使用電測設備不當造成的測量偏差有以下兩點(diǎn)原因:
(1)檢定時(shí)量程選擇不當。這是因為如果量程選撣過(guò)高，影響測量精度，造成測量偏差;量程選擇過(guò)低，會(huì )超范圍無(wú)法顯示;如果選擇自動(dòng)量程，則會(huì )造成讀數延遲，不能保證測量的時(shí)間間隔。所以檢定時(shí)要選擇合適的量程。
(2)使用數字多用表檢定熱電阻時(shí)未使用低電流檔，導致通過(guò)熱電阻的電流過(guò)大。測量熱電阻阻值時(shí)，需要通過(guò)一定的電流，在檢定過(guò)程中通過(guò)熱電阻的電流應不大于lmA。這是因為電流通過(guò)熱電阻時(shí),在熱電阻的感溫元件和引線(xiàn)上產(chǎn)生焦耳熱并形成溫度梯度，由于這種內部熱效應，使熱電阻自身溫度升高引起測量偏差，所以檢定過(guò)程中數字多用表應放置在低電流檔上測量電阻值。
由于內部熱效應引起的測量偏差，其大小因流過(guò)熱電阻電流大小而不同，用兩支工業(yè)鉑熱電阻在0℃點(diǎn)進(jìn)行試驗，在其他試驗條件不變的情況下，不斷增大通過(guò)鉑熱電阻的電流，試驗數據如表1。
 
　　上一級計量部門(mén)檢定證書(shū)數據中1號鉑熱電阻為100.0023Ω;2號鉑熱電阻為100.0038Ω。
　　從表1中數據可以看出，雖然流經(jīng)鉑熱電阻的電流增大可以提高測量靈敏度，但電流越大工業(yè)鉑熱電阻的內部熱效應越明顯，造成的測量偏差越大,當通過(guò)鉑熱電阻的電流為5mA時(shí)，1號鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后，比上一級計量部門(mén)的檢定結果約高0.03℃，2號鉑熱電阻的測量值換算成溫度值后，比上一級計量部門(mén)的檢定結果約高0.04℃。所以熱電阻在檢定或使用中電流應受到限制。既要考慮使用較小的測量電流，使自熱效應減至最小程度，又要保證必要的測量靈敏度，所以采用1mA的測量電流較適宜。
　　以上是檢定工業(yè)熱電阻時(shí)，產(chǎn)生測量偏差的一些因素及其原因分析,在實(shí)際檢定中應避免這些因素對檢定結果的影響。