工業熱電阻檢定中產生偏差的原因分析

[摘要]文章主要闡述依據國家計量檢定規程JIC229-2010《工業鉑、銅熱電阻》進行工業熱電阻檢定過程中，產生測量偏差的一些原因，并對這些原因進行歸納分析，包括工業熱電阻的簡介、檢定時使用水三相點瓶產生偏差的原因分析、使用電測設備產生偏差的原因分析。
　　工業熱電阻因其測溫精度高、穩定性強、結構結實耐用等優點，在工業生產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溫度的變化而變化的特性。工業熱電阻的感溫元件最常見的有金屬鉑和金屬銅，這是因為金屬的物理化學性質穩定且容易提純，又因為鉑和銅的電阻與溫度的對應關系更接近于線性關系，所以工業熱電阻-般采用Pt100、Pl10、Cu50、Cul00。目前工業熱電阻按照國家計量檢定規程JJG229--2010《工業鉑、銅熱電阻》進行檢定。
　　在檢定工業熱電阻過程中發現一些產生測量偏差的因素，由這些因素產生的測量偏差，不僅會造成檢定數據偏差，甚至還會影響到檢定結果的判定。下面對這些因素進行歸納，并分析這些因素產生測量偏差的原因。
1使用水三相點瓶時產生的偏差
　　水三相點瓶及其保溫容器是JJC229--2010《工業鉑、銅熱電阻》檢定規程中要求用來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。在使用水三相點瓶時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瓶外，使用時容易造成Rtp測量偏差的原因有以下兩點:
(1)標準鉑電阻溫度計放人水三相點瓶之前未預冷。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0.01℃時，再將其放人水三相點瓶中測量。這是因為熱電阻測溫時，必然會通過熱電阻產生熱量交換，產生傳熱誤差。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內，避免傳熱現象帶來的測量偏差。
(2)水三相點瓶凍制完成后立刻使用。應該將凍制好的水三相點瓶在接近于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瓶，它的三相點溫度是偏低的(不同的凍制方法偏低的溫度值也不同)，在凍制工程中，過冷度很大，造成冰晶的尺寸偏小，產生了較大的應力。所以水三相點瓶凍制完成后，要在接近于0.01℃的溫度下穩定30min后再開始測量，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使用電測設備時產生的偏差
　　依據JJG229--2010《工業鉑、銅熱電阻》檢定規程，對于A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。多數市級計量部門已把電測設備換成了相應等級的數字多用表，這就存在著使用電測設備不當帶來的測量偏差。使用電測設備不當造成的測量偏差有以下兩點原因:
(1)檢定時量程選擇不當。這是因為如果量程選撣過高，影響測量精度，造成測量偏差;量程選擇過低，會超范圍無法顯示;如果選擇自動量程，則會造成讀數延遲，不能保證測量的時間間隔。所以檢定時要選擇合適的量程。
(2)使用數字多用表檢定熱電阻時未使用低電流檔，導致通過熱電阻的電流過大。測量熱電阻阻值時，需要通過一定的電流，在檢定過程中通過熱電阻的電流應不大于lmA。這是因為電流通過熱電阻時,在熱電阻的感溫元件和引線上產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，其大小因流過熱電阻電流大小而不同，用兩支工業鉑熱電阻在0℃點進行試驗，在其他試驗條件不變的情況下，不斷增大通過鉑熱電阻的電流，試驗數據如表1。
 
　　上一級計量部門檢定證書數據中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,當通過鉑熱電阻的電流為5mA時，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。
　　以上是檢定工業熱電阻時，產生測量偏差的一些因素及其原因分析,在實際檢定中應避免這些因素對檢定結果的影響。