付志勇，廖　艷，陳桂生，劉旭棟，朱育紅，趙　晶

（1.中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.中國人民解放軍第5719工廠，四川 彭州 611936）

對(duì)JJG 229檢定規(guī)程檢定方法差錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

付志勇1，廖艷1，陳桂生1，劉旭棟2，朱育紅1，趙晶1

（1.中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.中國人民解放軍第5719工廠，四川 彭州 611936）

依據(jù)JJG 229——2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程規(guī)定的條件和方法，采用兩支標(biāo)稱電阻值（Rtp）為25Ω的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)，多支Pt100型工業(yè)鉑熱電阻作被檢樣品，兩個(gè)不同準(zhǔn)確度的測量儀器，完成兩種檢定方法比較試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器分別用自測Rtp值和上級(jí)證書值，用比較法完成對(duì)工業(yè)鉑熱電阻的檢定。從結(jié)果可以看出：用自測標(biāo)準(zhǔn)Rtp值檢定，增加的結(jié)果偏差是用上級(jí)證書值的5倍以上，表明標(biāo)準(zhǔn)器由從本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置賦值開展檢定是不科學(xué)的，其效果可能南轅北轍。

溫度計(jì)量；檢定規(guī)程；熱電阻；標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻；水三相點(diǎn)；誤差

0　引　言

工業(yè)鉑熱電阻是中低溫段對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測量的首選傳感器，使用廣泛，它的量值準(zhǔn)確具有重要的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。國內(nèi)評(píng)判工業(yè)鉑熱電阻示值偏差大小的方法依據(jù)是檢定規(guī)程JJG 229——2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》［1］，數(shù)十年來，該方法在規(guī)程各版本中沒有大的變化［1-3］。

近十年來，已有較多專著［4-12］對(duì)該方法的正確性和檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了論證。該方法的關(guān)鍵是檢定工業(yè)鉑熱電阻的標(biāo)準(zhǔn)裝置必須配備水三相點(diǎn)裝置，在檢定時(shí)由操作者自行給標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)賦Rtp值（用本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的儀器設(shè)備測量取得標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的Rtp值替代上級(jí)證書值）。規(guī)程規(guī)定檢定允差等級(jí)高的工業(yè)鉑熱電阻時(shí)必須自行給標(biāo)準(zhǔn)賦值；使用的電測儀器準(zhǔn)確度等級(jí)稍低時(shí)（如 0.01級(jí)、0.02級(jí)）也必須自行給標(biāo)準(zhǔn)賦值；檢定允差等級(jí)低的工業(yè)鉑熱電阻時(shí)，若操作者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的量值有懷疑也可以采用自行給標(biāo)準(zhǔn)賦值的方法，然后使用自行賦值的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻通過比較法檢定工業(yè)鉑熱電阻，據(jù)說這樣可顯著減小檢定結(jié)果的不確定度，即提高工業(yè)鉑熱電阻檢定結(jié)果量值的準(zhǔn)確性，降低誤判風(fēng)險(xiǎn)［1］。

然而，近年來國內(nèi)已有資深專家發(fā)表文章對(duì)該檢定方法提出質(zhì)疑［13-14］，由于缺少理論分析和詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被原起草人駁回［5］或沒有回應(yīng)。最近，本課題組在《中國測試》就工業(yè)鉑熱電阻的檢定方法問題連續(xù)刊登了多篇論證文章［15-20］，文章采用不確定度分析評(píng)估和誤差分析兩種方法進(jìn)行分析論證，兩種方法分析的數(shù)據(jù)結(jié)果都與規(guī)程規(guī)定方法的依據(jù)恰恰相反，規(guī)程的自行給標(biāo)準(zhǔn)賦值法不僅沒有減小檢定結(jié)果的不確定度，反而更大。

鑒于國內(nèi)還沒看到詳實(shí)的有說服力的方法比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)表，有必要進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。本文采用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備用不同的檢定方法完成對(duì)工業(yè)鉑熱電阻的檢定試驗(yàn)，通過真實(shí)的試驗(yàn)過程和詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果來說明不同檢定方法檢定結(jié)果的差別，用事實(shí)驗(yàn)證檢定方法的正確性。

1　試驗(yàn)方法與試驗(yàn)條件

1.1試驗(yàn)方法

規(guī)程規(guī)定工業(yè)鉑熱電阻的檢定方法是以二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)器與被檢工業(yè)鉑熱電阻同置于0℃和100℃溫度點(diǎn)附近的恒溫槽中用比較法完成檢定。但是還規(guī)定檢定時(shí)應(yīng)先在水三相點(diǎn)裝置上重新測量二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的Rtp值（即自行給標(biāo)準(zhǔn)賦值）。

為了驗(yàn)證規(guī)程規(guī)定方法的正確性和合理性，使用兩支標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)器，標(biāo)準(zhǔn)的Rtp值分別采用自測給標(biāo)準(zhǔn)賦值和上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定時(shí)簽發(fā)的證書值，同時(shí)對(duì)多支被檢樣品進(jìn)行比較測量分度，用以克服單支標(biāo)準(zhǔn)或被檢樣品測量結(jié)果可能出現(xiàn)的不確定性，保證試驗(yàn)結(jié)果的可信度。

1.2試驗(yàn)條件

試驗(yàn)時(shí)使用一臺(tái)水三相點(diǎn)裝置用以得到標(biāo)準(zhǔn)器新的Rtp值，一臺(tái)低溫槽和一臺(tái)恒溫油槽提供0℃點(diǎn)、100℃點(diǎn)的比較測量溫場。

1.2.1電測儀器

本試驗(yàn)主要驗(yàn)證電測儀器測量準(zhǔn)確度變化與不同的檢定方法組合對(duì)工業(yè)鉑熱電阻檢定結(jié)果的影響。試驗(yàn)選用兩臺(tái)不同準(zhǔn)確度的電測儀器，一臺(tái)高精密測溫儀（編號(hào)：A93463#），其測量準(zhǔn)確度約為±5× 10-6；一臺(tái)6位半數(shù)字多用表（編號(hào)：1355872#），其測量準(zhǔn)確度經(jīng)實(shí)測相當(dāng)于工業(yè)鉑熱電阻檢定規(guī)程規(guī)定的0.02級(jí)（±0.02%R±0.00X%F）水平。

1.2.2標(biāo)準(zhǔn)器

試驗(yàn)使用的兩支標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)上級(jí)證書數(shù)據(jù)見表1。

表1　標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的證書參數(shù)［21-22］

1.2.3試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)選用4支四線制Pt100型工業(yè)鉑熱電阻，編號(hào)分別為10#、11#、13#、14#。

2　試驗(yàn)過程和測量數(shù)據(jù)

試驗(yàn)時(shí)根據(jù)各設(shè)備的使用條件要求及規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備和操作。在電測儀器經(jīng)過預(yù)熱校零，各溫度點(diǎn)槽的溫場穩(wěn)定后分別巡回快速讀取各標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和工業(yè)鉑熱電阻的數(shù)據(jù)，取多次測量的平均值列于表2～表4（試驗(yàn)時(shí)間2016-02-04）。

表2　標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻在水三相點(diǎn)的自測值　Ω

表3　0℃點(diǎn)測量值　Ω

表4　100℃點(diǎn)測量值　Ω

3　試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算與分析

根據(jù)檢定規(guī)程JJG 229——2010［1］，0℃點(diǎn)被檢樣品的溫度示值偏差為

100℃點(diǎn)被檢樣品的溫度示值偏差為

式中：Δt0、Δt100——被檢樣品在0℃、100℃點(diǎn)的示值偏差值，℃；

Ri、Rh——被檢樣品在0℃、100℃點(diǎn)的測量值，Ω；

R0、R100——被檢樣品在0℃、100℃時(shí)的標(biāo)稱值，分別為100.00，138.51Ω；

（dR/dt）t=0、（dR/dt）t=100——被檢樣品的電阻對(duì)溫度的變化率，分別為：0.39083，0.37928Ω/℃；

按照重新測量取得標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)Rtp值的檢定方法和直接使用上級(jí)檢定證書值的檢定方法分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把被檢樣品和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入式（1）、式（2）計(jì)算得到在各溫度點(diǎn)的檢定結(jié)果，并進(jìn)行下述分析。

3.112085#標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1A93463#儀器測量

從表1、表2、表5、表6可以看出12085#標(biāo)準(zhǔn)器的量值穩(wěn)定性很好，由于A93463#儀器準(zhǔn)確度較高（約為±5×10-6），測得的熱阻值Rtp與標(biāo)準(zhǔn)器證書上的值很接近，差值很小。從4支被檢樣品檢定結(jié)果的示值偏差值可以看到兩種檢定方法下檢定結(jié)果的差值不大，在0℃點(diǎn)的差為0.3mK，0.4mK，在100℃點(diǎn)的差為0.6mK，兩種方法的差值小于級(jí)別最高的AA級(jí)工業(yè)鉑熱電阻允差的1/200。

表5　A93463#儀器0℃點(diǎn)兩種方法被檢樣品的示值偏差比較

表6　A93463#儀器100℃點(diǎn)兩種方法被檢樣品的示值偏差比較

表7　1355872#儀器0℃點(diǎn)兩種方法被檢樣品的示值偏差比較

表8　1355872#儀器100℃點(diǎn)兩種方法被檢樣品的示值偏差比較

3.1.21355872#儀器測量

雖然12085#標(biāo)準(zhǔn)器的量值穩(wěn)定性很好，但是從表7、表8可以看出用1355872#儀器測量時(shí)兩種檢定方法檢定結(jié)果的示值偏差相差很大，比用A93463#儀器測量時(shí)的差值大150倍以上。那么，用1355872#儀器（即準(zhǔn)確度較低時(shí)［1］，如±0.02%R±0.00X%F）測量時(shí)哪種檢定方法的結(jié)果更準(zhǔn)確呢？若以表5、表6中A93463#儀器檢定結(jié)果為準(zhǔn)作為被檢樣品的參考值，則由1355872#儀器測量時(shí)在兩種檢定方法下增加的示值偏差列于表9、表10。從4個(gè)被檢樣品在0℃點(diǎn)和100℃點(diǎn)檢定結(jié)果中增加的偏差比較，可以看出重測Rtp法增加的結(jié)果偏差是用上級(jí)證書值法的6～8倍。重測Rtp法在檢定結(jié)果中增加的偏差很大，已接近AA級(jí)工業(yè)鉑熱電阻的允差，而用上級(jí)證書值法在檢定結(jié)果中增加的偏差很小，小于AA級(jí)工業(yè)鉑熱電阻允差的1/7。從兩種檢定方法在樣品檢定結(jié)果中增加的偏差大小可以判斷出，重測Rtp法無法用于檢AA級(jí)、A級(jí)工業(yè)鉑熱電阻，只能檢低級(jí)別的B級(jí)、C級(jí)的熱電阻；上級(jí)證書值法可適用于檢AA級(jí)、A級(jí)工業(yè)鉑熱電阻，這與規(guī)程規(guī)定的依據(jù)和相關(guān)論證正好相反［1，4-6，9-12］。

表9　標(biāo)準(zhǔn)器12085#0℃點(diǎn)兩種方法增加的被檢樣品示值偏差比

表10　標(biāo)準(zhǔn)器12085#100℃點(diǎn)兩種方法增加的被檢樣品示值偏差比

表11　標(biāo)準(zhǔn)器45016#0℃點(diǎn)兩種方法被檢樣品的示值偏差比較

3.245016#標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果

從表1、表2、表11可以看出45016#標(biāo)準(zhǔn)器的量值穩(wěn)定性比12085#標(biāo)準(zhǔn)器差，標(biāo)準(zhǔn)的量值與上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定時(shí)（2014-6-25）的水三相點(diǎn)值變化了約4mK。那么，由于標(biāo)準(zhǔn)器的量值改變，測量儀器準(zhǔn)確度不是很高時(shí)（如±0.02%R±0.00X%F），采用重測Rtp的檢定方法會(huì)減小檢定結(jié)果的偏差嗎？由于45016#標(biāo)準(zhǔn)器的量值變化（不到周檢允許變化量的一半），用A93463#儀器測量的兩種檢定方法的結(jié)果有明顯差別。以A93463#儀器重測Rtp法的檢定結(jié)果為參考值，計(jì)算用1355872#儀器測量時(shí)兩種檢定方法增加的檢定結(jié)果偏差見表12、表13。

表12　標(biāo)準(zhǔn)器45016#0℃點(diǎn)兩種方法增加的被檢樣品示值偏差比

表13　標(biāo)準(zhǔn)器45016#100℃點(diǎn)兩種方法增加的被檢樣品示值偏差比

比較表12、表13和表9、表10中的數(shù)據(jù)可以看出，由于45016#標(biāo)準(zhǔn)器的量值變化，1355872#儀器測量時(shí)兩種檢定方法檢定結(jié)果的示值偏差增量比用12085#標(biāo)準(zhǔn)時(shí)稍大一些。從4個(gè)被檢樣品在0℃點(diǎn)和100℃點(diǎn)檢定結(jié)果中增加的偏差可以看出，重測Rtp法增加的結(jié)果偏差是用上級(jí)證書值法的5.6～7.4倍。重測Rtp法在檢定結(jié)果中增加的偏差同樣很大，已接近AA級(jí)工業(yè)鉑熱電阻的允差，而用上級(jí)證書值法在檢定結(jié)果中增加的偏差雖略有增大，但仍小于AA級(jí)工業(yè)鉑熱電阻允差的1/6。45016#標(biāo)準(zhǔn)器的試驗(yàn)結(jié)果與12085#標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，證明在普通標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行自行賦值的方法是不科學(xué)的。45016#標(biāo)準(zhǔn)器的試驗(yàn)結(jié)果還說明在某些測量中方法不當(dāng)可能比標(biāo)準(zhǔn)器量值的變化對(duì)結(jié)果的影響更大，這與文獻(xiàn)［15］、文獻(xiàn)［20］中理論分析論證的結(jié)果基本一致。

4　結(jié)束語

從本文試驗(yàn)結(jié)果可以看出保證檢定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，所用方法的正確性和合理性至關(guān)重要。若方法欠缺科學(xué)合理性，即使使用了頂級(jí)設(shè)備，也不會(huì)達(dá)到預(yù)期的效果，有可能是南轅北轍。規(guī)程規(guī)范規(guī)定方法與標(biāo)準(zhǔn)裝置能力的理論論證評(píng)估是否科學(xué)合理或存在認(rèn)知和論證誤區(qū)，正確的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證過程是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，這不僅關(guān)乎到標(biāo)準(zhǔn)裝置的建標(biāo)投入費(fèi)用，還影響到向社會(huì)提供的量值是否準(zhǔn)確可靠。

［1］工業(yè)鉑、銅熱電阻：JJG 229—2010［S］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2010.

［2］工業(yè)鉑、銅熱電阻：JJG 229—1987［S］.北京：中國計(jì)量出版社，1987.

［3］工業(yè)鉑、銅熱電阻：JJG 229—1998［S］.北京：中國計(jì)量出版社，1998.

［4］崔志尚.溫度計(jì)量與測試［M］.北京：中國計(jì)量出版社，1998：72-78.

［5］熱電偶、熱電阻自動(dòng)測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范：JJF 1098—2003［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2003.

［6］沈正宇.溫度測量不確定度評(píng)定［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2006：84-93.

［7］上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院編寫.溫度計(jì)量［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2007：284-288.

［8］宋年蘭.關(guān)于 《對(duì)JJG 229—1998檢定規(guī)程的修改建議》的幾點(diǎn)看法［J］.中國計(jì)量，2008（2）：115-116.

［9］朱家良.工業(yè)鉑、銅熱電阻［M］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2011：30-39.

［10］周華.最新工業(yè)鉑電阻檢定規(guī)程，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定規(guī)程解讀［Z］.福祿克計(jì)量學(xué)院網(wǎng)絡(luò)課程，2012-4，www. webcasting.cn/fluke/jiangyi/0426.pdf.

［11］美國福祿克公司.檢定規(guī)程更新的解讀及解決方案［J］.上海計(jì)量測試，2013（2）：59-61.

［12］周華，李欣.福祿克針對(duì)熱工新規(guī)程推出系列產(chǎn)品［J］.中國計(jì)量，2013（4）：127.

［13］宋德華，宋濤.對(duì)JJG 229—1998檢定規(guī)程的修改建議［J］.中國計(jì)量，2006（3）：24-25.

［14］何建華，何欣，劉英茂，等.關(guān)于JJG 229—1998檢定規(guī)程再探討［J］.中國計(jì)量，2008（10）：101-102.

［15］陳桂生，付志勇，朱育紅，等.工業(yè)鉑熱電阻不同檢定方法檢定結(jié)果的可信度研究［J］.中國測試，2014（6）：17-21.

［16］陳桂生，付志勇，趙晶，等.低成本提高工業(yè)鉑熱電阻檢定結(jié)果可信度的方法研究［J］.中國測試，2015（1）：24-28.

［17］楊銳，朱育紅，陳桂生，等.不同檢定方法對(duì)工業(yè)鉑熱電阻檢定結(jié)果貢獻(xiàn)的誤差研究［J］.中國測試，2015（2）：27-29.

［18］陳桂生，朱育紅，趙晶，等.對(duì)JJG 229—2010檢定規(guī)程及相關(guān)問題的分析與修改建議［J］.中國測試，2015（3）:14-17.

［19］陳桂生，趙晶，付志勇，等.能力評(píng)定中相關(guān)性處理與結(jié)果可信性及建標(biāo)經(jīng)濟(jì)性研究［J］.中國測試，2015（5）：9-12.

［20］陳桂生.標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻使用方法在熱電阻檢定與溫度測量中的差異研究［J］.中國測試，2015（6）：22-25.

［21］標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)：JJG 160—2007［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2007.

［22］用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的固定點(diǎn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范：JJF 1178—2007［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2007.

（編輯：莫婕）

Experimental validation for error verification method in JJG 229 verification regulation

FU Zhiyong1，LIAO Yan1，CHEN Guisheng1，LIU Xudong2，ZHU Yuhong1，ZHAO Jing1
（1.National Institute of Measurement and Testing Techology，Chengdu 610021，China；2.PLA No.5719 Factory，Pengzhou 611936，China）

According to the conditions and methods of the verification regulation JJG 229——2010 for industrial platinum thermal resistance，a comparative test was performed for two verification methods with 2 standard platinum resistance thermometers with 25 Ω（Rtp）nominal resistance value as regulator，several industrial Pt100 platinum resistances as test samples，and 2 measuring instruments of different accuracy ratings.In the test，the regulator with self-test Rtpvalue and higher certificate value was applied to complete the verification of industrial platinum resistance based on comparison method.The results obtained from the instrument used in the test indicate that the error increased from the verification with the self-test standard Rtpvalue is more than five times that of the higher certificate value，which proves that regulator assigned by the equipment at the same level to carry out verification is unscientific and its effect may be poles apart.

temperaturemetrology； verificationregulations； resistancethermometer； standard platinum resistance thermometer；triple point of water；error

A

1674-5124（2016）06-0019-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.06.005

2016-01-07；

2016-02-27

付志勇（1971-），男，重慶市人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事溫度計(jì)量檢測及標(biāo)準(zhǔn)研究。