多功能校验仪校准数字温度计校准方法探讨

多功能校验仪校准数字温度计校准方法探讨

一、温度范围的界定
JJG130-2004《工作用玻璃液体温度计》检定规程规定玻璃液体温度计的测量范围为-60℃～+300℃。而数字温度计由于传感器类型的不同，测量范围比较广，在多功能校验仪校准数字式温度计的校准过程中，如果传感器采用相应的热电偶，温度可以达到1000℃，标准器采用二等标准铂电阻温度计，制冷恒温槽温度最低可以达到-80℃，而干体炉温度可达600℃。考虑到这些因素，将数字式温度计的校准测量范围定为-80℃～+600℃。

二、校准条件
    1.环境条件
数字式温度计可在温度为15℃～35℃，相对湿度≤80%的环境条件下使用多功能校验仪进行校准。
采用电池供电的数字式温度计，校准时电压应在温度计能够正常工作的范围之内；使用热电偶作温度传感器的温度计需远离热源，环境温度应相对稳定。
2.标准器及配套设备选择
选用的原则是:校准时，由多功能校验仪标准器及配套设备引入的扩展不确定度U（k=2）应小于被校温度计允许误差绝对值的1/3。
（1）标准器（见表1）

1  标准器

注:与标准器配套的电测设备应满足相应的要求。
（2）配套设备（见表2）

表2  配套设备


三、校准项目和校准方法
1.外观检查
数字温度计的外观用目测法检查。主要检查其外形结构是否完好，说明功能的文字符号、标志、图形、数字和物理量代号等是否符合相应的标准，是否清晰、端正；表面是否有明显的凹痕、外伤、裂缝和变形等现象，金属件是否有锈蚀及其他机械损伤；各部位开关、按键操作是否灵活可靠；传感器封装是否密封良好，引线接插件是否接触良好，传感器所使用的保护管及引线是否能承受相应的使用温度等。

2.显示功能的检查
接通电源，检查温度计各部位开关、按键操作是否灵活、可靠，是否具有说明书中所描述的各项功能。

3.绝缘电阻的检查
首次校准时，对使用交流电源供电的数字式温度计进行该项检查，对于供电电源为（50～250）V范围内的温度计，采用额定直流电压为500V的绝缘电阻表，供电电源小于50V的温度计采用额定直流电压为100V的绝缘电阻表。当电源开关处于接通位置时，将各电路本身端钮短路。在环境温度为15℃～35℃、相对湿度为45%～75%的条件下，数字式温度计的电源端子-外壳、传感器-电源端子之间的绝缘电阻应不低于20MΩ，测量时，应稳定5s，读取绝缘电阻值。

4.绝缘强度的检查
首次校准时，对使用交流电源供电的数字式温度计进行该项检查，为保护数字式温度计在试验时不被击穿损坏，采用具有报警电流设定的耐压试验仪。设定值一般为10mA，以是否报警作为判断绝缘强度合格与否的依据。
当电源开关处于接通位置时，将各电路本身端钮短路，在环境温度为15℃～35℃，相对湿度为45%～75%的条件下，在数字式温度计的电源端子-外壳、传感器-电源端子之间施加表3所规定的频率为50Hz的试验电压，保持1min，应不出现击穿或飞弧现象。检查时，试验电压应从零开始增加，在（5～10）s内平滑均匀地升至试验电压规定值（误差不大于10%），保持1min后，平滑均匀地降低电压至零，切断试验电源。  

表3  试验电压


5.示值误差校准
校准点应均匀分布在整个测量范围的整十或整百点上，包括零点和测量范围上、下限在内，不得少于5个点。在特殊情况下，可根据用户要求选择校准点。
数字式温度计在校准前应预热15min以上。对具有外部“调零”及“调满度”的温度计，允许在预热后进行调整，使零位和满度值均符合数字式温度计的技术要求，但是在多功能校验仪校准过程中不允许调整。
使用多功能校验仪校准时先校准零点，然后分别向上限值或下限值逐点进行校准。
零点示值的校准可在冰点器或低温槽中进行，将数字式温度计传感器插入冰点器或低温槽中，使用冰点器时其工作端距冰点器底部、器壁不得小于20mm，待示值稳定后方可读数。
300℃以下（含300℃）各温度点的校准在恒温槽中，采用比较法进行。将温度传感器直接插入温度源内与标准器示值进行比较。温度源恒定温度偏离校准点不得超过±0.2℃（以标准器示值为准）。温度计和标准器在恒定的温度源中保持10min后方可读数。对于分辨力为0.01℃～0.1℃的数字式温度计，按“标准→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→标准”的顺序，进行两个循环的测量；对于分辨力为0.1℃以下的数字式温度计，按以上顺序进行一个循环的测量，分别计算算术平均值，得到标准器和被检数字式温度计的示值。读数过程中温度源温度应相对恒定，整个读数过程中，温度源温度变化不得超过0.04℃。

用恒温槽作为校准用温度源，将不具备防水性能的传感器放置于干燥玻璃试管中，玻璃试管的内径应与传感器直径和宽度相适应。校准时，将装入传感器的玻璃试管插入恒温槽介质中，用棉花塞紧管口以消除玻璃试管内空气的对流。
300℃以上各温度点的校准:对于300℃以上、分辨力高于0.1℃的数字式温度计，本文暂不作探讨。将温度传感器直接插入干体炉内与标准器示值进行比较。温度源恒定温度偏离校准点不超过±0.2℃（以标准器示值为准）。温度计和标准器在恒定的温度源中保持15min后方可读数。对于分辨力为0.1℃及以下的数字式温度计，按“标准→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→标准”的顺序，进行一个循环的测量，分别计算算术平均值，得到标准器和被检数字式温度计的示值。整个读数过程中，温度源温度变化不得超过0.04℃。
温度源用校准炉校准时，将温度计传感器和标准器插入均热块插孔中，插入深度相同，均热块插孔直径应与传感器和标准器的直径相适应。

6.示值误差的计算
（1）采用标准水银温度计作标准器时，示值误差计算如下:
 Δt=t^b-t^s
t^s=t^d+t^z
式中:Δt——数字式温度计的示值误差，℃；t^b——被校数字式温度计的示值平均值，℃；t^s——温度源实际温度，℃；t^d——标准水银温度计的示值平均值，℃；t^z——标准水银温度计证书上给出的示值修正值，℃。

（2）采用标准铂电阻温度计作标准器时，示值误差计算如下:
Δt =t^b-t^s
t^s=t+（R^t/R^tp-W^t）/（dW^t/dt）
式中:Δ^t——数字式温度计的示值误差，℃；t^b——被校数字式温度计的示值平均值，℃；t^s——温度源实际温度，℃；t——标称温度值，℃；R^t——标准铂电阻温度计在温度为t时读出的电阻平均值，Ω；R^tp——标准铂电阻温度计在三相点测得的电阻值，Ω；W^t——标准铂电阻温度计证书上给出的当温度为t时的电阻比；dW^t/dt——标准铂电阻温度计证书上给出的当温度为t时的电阻比随温度的变化率，/℃

（3）采用标准热电偶作标准器时，示值误差计算如下:
Δ^t=t^b-t^s
t^s=t+（e^t-e^t′）/（de^t/dt）
式中:Δ^t——数字温度计的示值误差，℃；t^b——被校数字式温度计的示值平均值，℃；t^s——温度源实际温度，℃；t——标称温度值，℃；e^t——标准热电偶在校准温度t附近测得的热电势平均值，mV；e^t′——标准偶证书上给出的当温度为t时的热电势值，mV；de^t/dt——标准偶证书上给出的当温度为t时的微分热电动势值，mV/℃。

四、结束语
鉴于目前国家还没有数字式温度计计量校准规范，笔者根据自己对数字温度计的理解及长期从事多功能校验仪温度计量工作的经验，参考相关技术规范，在长达4年的时间里进行了大量的试验，结果表明，在目前的条件下完全可以开展数字式温度计的校准工作。希望本文对多功能校验仪校验数字式温度计的校准方法的研究能给广大温度计量工作者提供参考和帮助。