温校准仪校准规 宣贯.pptx

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1、概述温度校准仪是用于校准（检定）温度显示仪表的一种新型计量标准器，它也可以与热电偶或热电阻配合使用以测量温度。在上个世纪九十年代末首先由国外引入，国内有能力的厂商也陆续研制并制造出一系列包括温度校准仪在内的现场校准仪，这些仪器正在逐渐取代原有的实验室测量仪器，进入现场校准的标准器行列。由于没有统一的技术法规阻碍了新型计量标准器的量值溯源和进一步发展。因此，有必要尽快制定温度校准仪的校准规范，以完善温度仪表的量值溯源、促进新型计量标准器的有序发展。第1页/共41页规范起草的技术依据本规范的编写是按照JJF1071国家计量校准规范编写规则要求进行；不确定度按照JJF1059测量不确定度评定与表示进

2、行评定。校准方法参考文件：JJG617-1996数字温度指示调节仪；上海计量院开展校准工作的规范JCJ/B031001.1-2004温度校准仪校准规范；欧盟标准。EURAMET/cg-11/v.01Guidelinesonthecalibrationoftemperatureindicatorsandsimulatorsbyelectricalsimulationandmeasurement。第2页/共41页规范的解读规范的英文名称范围引用文件概述计量特性校准条件校准项目校准方法数据处理校准结果的表达复校时间间隔第3页/共41页一、规范的英文名称温度校准仪国外产品的命名有多种欧盟校准指南EUR

3、AMET/cg-11/v.01的表述中为“TemperatureIndicatorsandSimulatorsbyElectricalSimulationandMeasurement”。欧盟的命名比较合理，采用。第4页/共41页二、范围本规范的适用范围为：测量状态时配接热电阻或热电偶以测量温度，输出状态时可以模拟热电阻、热电偶或过程信号输出的温度校准仪。也适用于多功能校准仪中属于温度校准的部分功能。其计量特性有两个方面：测量和输出。测量。是接受温度传感器的信号显示被测量的温度值，与JJG617-1996检定规程的数字温度指示仪计量特性相当；输出。是以电气方式模拟温度传感器的输出特性。与这两个方

4、面的计量特性有关的是温度传感器，目前使用最广泛的是热电阻、热电偶和温度变送器（包括过程信号）。第5页/共41页三、引用文件四个引用文件三个是热电偶和铂热电阻、铜热电阻的分度表国家标准和行业标准，是操作和计算误差时的依据；另一个是JJG617-1996数字温度指示调节仪检定规程，是校准仪在测量功能时操作的引用文件。第6页/共41页四、概述温度校准仪是用于校准（检定）温度显示仪表的一种新型计量标准器，它也可以与热电偶或热电阻配合使用以测量温度。测量和模拟热电阻的类型通常有Pt100，Pt500，Pt1000，Cu50，Cu100 温度特性遵循标准JB/T8622-1997，JB/T8623-199

5、7测量和模拟热电偶的类型通常有B、S、R、K、N、E、J、T等 温度特性遵循标准GB/T16839.2-1997模拟过程信号输出直流电流4mA20mA或直流电压为1V5V等。第7页/共41页五、计量特性示值误差测量误差最小允许值可以达到（0.010.6）。输出误差输出误差最小允许值可以达到（0.030.6）。模拟热电阻的激励电流范围目前制造的模拟电阻与实物电阻相比还有一段距离，在有些场合用模拟电阻作为标准器将带来较大的测量误差。如大激励电流，测量回路脉冲供电等测温仪表不适用。输出设置的最小步进值适用于校准模拟式温度二次仪表。最小步进值一般有1和0.1。第8页/共41页六、校准条件环境温度：15

6、25；相对湿度：85%；环境条件应同时满足标准器使用的相关要求标准仪器及配套设备。按被校校准仪的类型可从表1中参考选择。选用的原则为：校准时由标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度U(k=2)，相对于被校校准仪最大允差应尽可能小，以满足校准工作的要求。第9页/共41页标准仪器及配套设备序号序号8仪器仪器设备名称设备名称技术要求技术要求用途用途备注备注1直流低电势电位差计或标准直流电压源0.001级0.05级直流电压：(0100)mV模拟热电偶的输出输出阻抗不大于100。2电桥0.001级及以上。测量模拟热电阻的输出和激励电流范围。3直流电阻箱0.01级、0.02级模拟热电阻的输出4数字多用表0.

7、01级及以上直流电压：(0100)mV，(010)V直流电流：(022)mA电阻：103k测量校准仪的输入和输出测量模拟电阻时必须注意数表的激励电流5补偿导线经校准具有1525的修正值。60恒温器0恒温器的温度偏差不超过0.05可用冰点槽代替。7专用连接导线三线制连接时，三根导线电阻之差应尽可能小。测量状态时，其输入端与直流电阻箱之间的连接导线。第10页/共41页七、校准项目两项校准项目：测量误差输出误差两项检查项目：激励电流最小步进值第11页/共41页八、校准方法示值误差的校准方法输出误差的校准方法激励电流的测量温度输出最小步进值的检查第12页/共41页示值误差的校准方法示值误差的校准方法引

8、用了JJG617-1996数字温度指示调节仪中输入被检点标称电量值的测量方法，以多次测量的平均值计算测量误差。校准前的准备工作连接与设置：按说明书设置通电预热：15min，30min选择校准点：57个以上调整零点:按说明书操作测量方法共进行两个循环的测量如果校准仪选择在热电偶测量温度时，并设置在参考端温度自动补偿状态，则给校准仪输入的信号应是被校点温度对应的标称电势值减去补偿导线修正值。第13页/共41页示值误差和重复性计算示值误差计算公式：式中：t各被校点的示值误差，；校准仪4个示值的平均值，；ts 被校点温度值，；重复性在示值误差的测量过程中对重复性最差的校准点继续进行三个循环的测量，合计

9、得到10个显示值。按贝塞尔公式计算得到s。平均值的重复性 ,以此评估各校准点的示值重复性。第14页/共41页连接与设置选择热电阻测量温度时，根据委托方的要求选用三线制或四线制进行；选择热电偶测量温度时，具有参考端温度自动补偿功能可选择的校准仪，应设置在有补偿状态，选择匹配的补偿导线，与校准仪输入端的连接应有良好的接触。标准直流电压源 校准仪配热电偶 （测量状态）铜导线+0恒温槽补偿导线0冷端补偿图图2 2 校准仪（测量状态）校准的工作原理示意图校准仪（测量状态）校准的工作原理示意图第15页/共41页校准仪（测量状态）工作原理校准仪（测量状态）工作原理冷冷端端温温度度自自动动补补偿偿电电势势Ec

10、：校校准准仪仪数数据据处处理理，信信号号转转换换（Et）的的数数学学模模型：型：显显示示单单元元ttc热电偶校准仪（测量状态）图1 校准仪（测量状态）配热电偶的工作原理示意图。中间导体定律。只要显示仪表和连接导线两端的温度相同，它们对热电偶产生的热电势就没有影响。连接导体定律及中间温度定律。是工业测温中应用补偿导线的理论基础。（要求：中间导体两端的温度以及连接导体中间点的温度必须相等）第16页/共41页输出误差的校准方法输出误差的校准方法校准前的准备工作校准前的准备工作与示值误差的校准相同。注意：模拟热电阻时，输出误差的测量必须采用四线制，必要时应采取电流换向。输出误差的测量方法从下限开始设定

11、温度值，按选择的校准点逐次增加设定温度值（上行程时），在标准器上分别读取校准仪的实际输出值，直至上限；然后按选择的校准点逐次减小设定温度值（下行程时），分别在标准器上读取校准仪的实际输出值，直至下限作为一个测量循环，共进行两个循环的测量。注意要点：模拟热电阻输出时，测量用标准器的激励电流应选择1mA（Pt100，Cu100，Cu50）或0.1mA（Pt1000）。具有参考端温度自动补偿的校准仪在模拟热电偶输出时，每一校准点的实际输出值应记录为数字电压表测得值的平均值与补偿导线修正值e(ti)的代数和。第17页/共41页输出误差和重复性计算输出误差计算公式：换算成温度单位：式中：A各被校点电量值

12、的输出误差，mV、或mA、V；t各被校点的温度输出误差，；被校点实际输出的平均值，mV、或mA、V；As被校温度点对应的标称电量值，mV、或mA、V；Si 各被校点温度的微分电阻或微分电势，/、mV/。重复性在输出误差的测量过程中对重复性最差的校准点继续进行三个循环的测量，合计得到10个输出值。按贝塞尔公式计算得到。（也可用sp）(2个循环)平均值的重复性，以此评估各校准点输出重复性。第18页/共41页合并样本标准偏差Sp的获得m台校准仪，每台寻找有代表性的校准点，经n=10次的测量，按贝塞尔公式计算出各自的实验标准偏差sj。取m=20台，则合并样本标准偏差sp。第19页/共41页激励电流的测

13、量激励电流的测量模拟热电阻输出模拟热电阻输出状态。可以与输出状态。可以与输出的测量同时进行。的测量同时进行。电桥为测量用标准器电桥为测量用标准器。利用电桥在测量电阻值时可以改变电流的方向和大小的性利用电桥在测量电阻值时可以改变电流的方向和大小的性能。能。（注意转换开关的接触电势应尽可能小，改变电（注意转换开关的接触电势应尽可能小，改变电流方向取测量结果的平均值，可以削弱热电势对流方向取测量结果的平均值，可以削弱热电势对测量的影响）测量的影响）校准仪设置在模拟校准仪设置在模拟Pt100Pt100热电阻的输出状态，将校准仪的输出端按四线制的方法与热电阻的输出状态，将校准仪的输出端按四线制的方法与测

14、量电桥连接。测量电桥连接。分别将电桥的激励电流设置为分别将电桥的激励电流设置为0.1mA0.1mA，1mA1mA，4mA4mA，测量输出的下限值、中间值，测量输出的下限值、中间值和上限值。如激励电流和上限值。如激励电流0.1mA0.1mA和和4mA4mA时校准仪输出超差，则应适当改变激励电流时校准仪输出超差，则应适当改变激励电流大小直至符合允差要求。大小直至符合允差要求。第20页/共41页温度输出最小步进值的检查温度输出最小步进值的检查可以与输出误差的校准同时进行，测量并记录最小步进值的实际输出值。校准仪设置在输出状态，分别选择K型热电偶和Pt100铂热电阻，在任意校准点按各自的最小步进值改变

15、输出值，测量并记录实际输出值的变化。第21页/共41页九、数据处理按数据修约的原则规定了数据处理过程中的相关细节；根据JJF1059的要求规定了测量结果和不确定度表示的原则。小数点后保留的位数应以舍入误差小于校准仪最大允许误差的 为限（相当于比最大允许误差多取一位小数）。在不确定度的计算过程中，为了避免过大的修约误差，可以保留23位有效位数。但最终的扩展不确定度只能保留12位有效数字。测量结果是由多次测量的算术平均值给出，其末位应与扩展不确定度的有效位数对齐。第22页/共41页十、校准结果的表达校准结果表达中的描述采用了JJF1071-2000中规定的内容。对其中以下三个方面予以具体化的要求：

16、“本次校准所用测量标准的溯源性及有效说明”中应包括标准器的名称、型号规格、测量范围及不确定度（或准确度等级、最大允差）、有效日期等说明。“校准环境的描述”中应包括环境温度、相对湿度和供电的状况。“校准结果及其测量不确定度的说明”中应给出每个被校点温度对应的示值误差、输出误差（也可以用相应的输出平均值或折算成温度值形式出现），以及相应的扩展不确定度和包含因子，如各被校点的扩展不确定度相差不大，可以取最大的代替。第23页/共41页校准结果的表示（举例）T型热电偶测量状态校准结果的表示单位：说明：以上为校准仪处于冷端温度自动补偿状态时的测量结果。校准点0100200300400示值误差-0.04-0

17、.03-0.04-0.05-0.07不确定度U，k=20.110.100.100.090.09第24页/共41页Pt100热电阻输出状态校准结果的表示校准点-200.000.00200.00400.00600.00800.0018.52100.00175.86247.09313.71375.70输出平均值18.45299.934175.794247.032313.654375.641-200.157-0.169199.821399.832599.826799.802不确定度U，k=2m6667780.0140.0160.0170.0210.0220.027第25页/共41页K型热电偶测量、输出

18、状态校准结果的表示被校点温被校点温度度/相对应的相对应的标称标称电量值电量值/mV测量状态测量状态输出状态输出状态显示值显示值/U/，k=2输出值输出值/mV输出值输出值/U/，k=20.00.000-0.040.150.0010.030.12200.08.138199.950.168.140200.050.12400.016.397399.960.1616.399400.050.12600.024.905599.910.1624.907600.050.12800.033.275799.930.1633.276800.020.121000.041.276999.950.1941.2761000

19、.000.131300.052.4101299.890.1952.4111300.030.14说明：以上为校准仪处于冷端温度自动补偿状态时的测量结果。第26页/共41页十一、复校时间间隔复校时间间隔以自定为原则。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此送校单位可根据使用情况自主决定复校时间间隔。但给予不超过一年的建议。第27页/共41页附录A 补偿导线的校准方法补偿导线修正值：分度值与实测值之差由于补偿导线在校准仪测量结果的不确定度评定中（见评定结果）具有举足轻重的地位。因此，统一校准方法和正确的不确定度评定很重要。第28页/共41页补偿导线修正值的

20、不确定度汇总（举例）标准标准不确定度不确定度 u(xi)不确定度不确定度来源标准标准不确定度值不确定度值灵敏系数灵敏系数ci不确定度分量不确定度分量 ci u(xi)u u(E EA A)分分度值修约误差度值修约误差0.29V10.29Vu u(E Et t)1.10V-11.10V u u(E Et1t1)数字多用表数字多用表测量误差测量误差 0.10V u u(E Et2t2)测量测量重复性重复性 0.08V u u(E Et3t3)周期周期稳定性稳定性*1.04V u u(E Et4t4)冰点冰点槽偏离槽偏离0 0.23V u u(E Et5t5)寄生寄生电势电势 0.23V u u(t

21、 t)5.8mK40.52V/0.24V u u(t t11)铂电阻温度计铂电阻温度计(含电测含电测)5.0mK u u(t t22)测量测量重复性重复性 0.01mK u u(t t33)恒温恒温槽温度均匀性槽温度均匀性 2.9mK第29页/共41页附录B 温度校准仪校准原始记录格式给出原始记录格式的模板，要求达到完整的信息记录。第30页/共41页附录C 温度校准仪测量结果（示值误差）的不确定度评定校准仪校准仪在测量状态下，设置为T型热电偶，测量范围为0400，分辨力为0.1。测量标准标准直流电压源作为测量标准，允差MPE=(0.003%输出值+3V)补偿导线修正值（20时）e=0.0010

22、mV，U=1.1V，k=2。标准直流电压源主要技术指标（换算成温度）热电偶类型温度范围 t（）最大允许误差（）T0t5050t150150t4000.080.070.06第31页/共41页测量不确定度评定数学模型及灵敏系数输入量的标准不确定度评定输入量td的标准不确定度u(td)的评定测量重复性和仪表的分辩力（由于重复性与分辨力有一定关连，在分辨力导致的不确定度大于重复性时，只取分辨力的影响）输入量ts的标准不确定度u(ts)的评定标准直流电压源的误差输入量e的标准不确定度u(e)补偿导线修正值和冰点导致的不确定度合成标准不确定度的评定扩展不确定度的评定取k=2，得到扩展不确定度U=2 uc(

23、t)第32页/共41页校准结果校准点/0100200300400示值误差/-0.04-0.03-0.04-0.05-0.07不确定度U/，k=20.110.100.100.090.09-0.04-0.08-0.12-0.160.000.080.04示值误差/校准点/0100200300400-0.04-0.03-0.04-0.05-0.07第33页/共41页标准不确定度汇总标准不确定度u(xi）不确定度来源标准不确定度值/灵敏系数ci不确定度分量ciu(xi)/u(td）取0.02910.029 u(td1)测量重复性0.024 u(td2)校准仪分辨力0.029u(ts)标准直流电压源输出误

24、差01002003004000.0460.0400.0350.0350.035-101002003004000.0460.0400.0350.0350.035 u(e)0.60V-1/Si01002003004000.0150.0130.0110.0100.009 u(e1)补偿导线0.55V u(e2)冰点槽0.23V第34页/共41页附录D 温度校准仪测量结果（输出误差）的不确定度评定校准仪校准仪设置为模拟Pt100型铂热电阻输出状态，测量范围为-200+800，最小步进值为0.01。测量用标准器FLUKE1590电桥作为测量标准，测量允差：MPE=0.0005%读数，激励电流设置为1mA

25、。数学模型灵敏系数第35页/共41页测量不确定度评定输入量的标准不确定度评定输入量Ad的标准不确定度u(Ad)测量重复性和电桥的测量误差。输入量As的标准不确定度u(As)分度值的修约误差。（1m修约间隔的分度值，可以从相关标准的热电阻阻值与温度之间的函数关系中计算得到。）合成标准不确定度的评定扩展不确定度取k=2，得到扩展不确定度，用电量值单位表示为U=2 uc(A)。如果用温度单位表示为。第36页/共41页标准不确定度汇总标准不确定度u（xi）不确定度来源标准不确定度值/m灵敏系数ci不确定度分量ciu(xi)/mu（Ad）-200-10002004006008000.100.190.30

26、0.520.770.911.081-200-10002004006008000.100.190.300.520.770.911.08 u(Ad1)测量重复性（取最大的）0.09 u(Ad2)电桥测量误差-200-10002004006008000.050.170.290.510.710.911.08u(As)分度表修约误差0.29-10.29第37页/共41页附录E 热电阻的微分电阻和热电偶的塞贝克系数方便数据处理和单位换算用。用于热电阻和热电偶的电量值与温度之间的换算。第38页/共41页附录F 校准证书内页格式校 准 结 果一、测 量 状 态 时 的 示 值 误 差：传 感 器 类 型 ，参 考 端 温 度 自 动 补 偿 状 态 。二、输 出 状 态 时 的 输 出 误 差：传 感 器 类 型 ，参 考 端 温 度 自 动 补 偿 状 态 。三、模 拟 热 电 阻 的 激 励 电 流 有 效 范 围 四、温 度 输 出 的 最 小 步 进 值校准点/示值误差/不确定度U/，(k=2)校准点/输出值不确定度U，(k=2)第39页/共41页谢谢 谢谢欢迎提问欢迎提问Zhujl 13816377012第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页