工业热电阻检定中产生偏差的原因分析

发布时间:2022-05-05     浏览次数:
[摘要]文章主要阐述依据国家计量检定规程JIC229-2010《工业铂、铜热电阻》进行工业热电阻检定过程中,产生测量偏差的一些原因,并对这些原因进行归纳分析,包括工业热电阻的简介、检定时使用水三相点瓶产生偏差的原因分析、使用电测设备产生偏差的原因分析。
  工业热电阻因其测温准确度高、稳定性强、结构结实耐用等优点,在工业生产及精密测量中得到广泛的应用。热电阻测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。工业热电阻的感温元件最常见的有金属铂和金属铜,这是因为金属的物理化学性质稳定且容易提纯,又因为铂和铜的电阻与温度的对应关系更接近于线性关系,所以工业热电阻-般采用Pt100、Pl10、Cu50、Cul00。目前工业热电阻按照国家计量检定规程JJG229--2010《工业铂、铜热电阻》进行检定。
  在检定工业热电阻过程中发现一些产生测量偏差的因素,由这些因素产生的测量偏差,不仅会造成检定数据偏差,甚至还会影响到检定结果的判定。下面对这些因素进行归纳,并分析这些因素产生测量偏差的原因。
1使用水三相点瓶时产生的偏差
  水三相点瓶及其保温容器是JJC229--2010《工业铂、铜热电阻》检定规程中要求用来重测标准铂电阻温度计的Rtp值的,如果重测的R,值不准确,将直接影响R0、R100以及△α的计算结果。在使用水三相点瓶时往往出现方法不正确引起的Rtp测量偏差。除了能正确冻制水三相点瓶外,使用时容易造成Rtp测量偏差的原因有以下两点:
(1)标准铂电阻温度计放人水三相点瓶之前未预冷。应该先将标准铂电阻温度计放人制冷恒温槽中预冷,当标准铂电阻温度计的温度接近于水三相点0.01℃时,再将其放人水三相点瓶中测量。这是因为热电阻测温时,必然会通过热电阻产生热量交换,产生传热误差。所以将标准铂热电阻温度计预冷是为了不把外界的热量带人到瓶内,避免传热现象带来的测量偏差。
(2)水三相点瓶冻制完成后立刻使用。应该将冻制好的水三相点瓶在接近于0.01℃的温度下稳定30min后再使用。这是因为刚冻制成的水三相点瓶,它的三相点温度是偏低的(不同的冻制方法偏低的温度值也不同),在冻制工程中,过冷度很大,造成冰晶的尺寸偏小,产生了较大的应力。所以水三相点瓶冻制完成后,要在接近于0.01℃的温度下稳定30min后再开始测量,这样才能使冰晶尺寸变大,慢慢消除应力,保证测量值的准确性。
2使用电测设备时产生的偏差
  依据JJG229--2010《工业铂、铜热电阻》检定规程,对于A级及AA级热电阻的检定需要使用0.005级及以上等级电测设备。多数市级计量部门已把电测设备换成了相应等级的数字多用表,这就存在着使用电测设备不当带来的测量偏差。使用电测设备不当造成的测量偏差有以下两点原因:
(1)检定时量程选择不当。这是因为如果量程选撣过高,影响测量准确度,造成测量偏差;量程选择过低,会超范围无法显示;如果选择自动量程,则会造成读数延迟,不能保证测量的时间间隔。所以检定时要选择合适的量程。
(2)使用数字多用表检定热电阻时未使用低电流档,导致通过热电阻的电流过大。测量热电阻阻值时,需要通过一定的电流,在检定过程中通过热电阻的电流应不大于lmA。这是因为电流通过热电阻时,在热电阻的感温元件和引线上产生焦耳热并形成温度梯度,由于这种内部热效应,使热电阻自身温度升高引起测量偏差,所以检定过程中数字多用表应放置在低电流档上测量电阻值。
由于内部热效应引起的测量偏差,其大小因流过热电阻电流大小而不同,笔者用两支工业铂热电阻在0℃点进行试验,在其他试验条件不变的情况下,不断增大通过铂热电阻的电流,试验数据如表1。
 
  上一级计量部门检定证书数据中1号铂热电阻为100.0023Ω;2号铂热电阻为100.0038Ω。
  从表1中数据可以看出,虽然流经铂热电阻的电流增大可以提高测量灵敏度,但电流越大工业铂热电阻的内部热效应越明显,造成的测量偏差越大,当通过铂热电阻的电流为5mA时,1号铂热电阻的测量值换算成温度值后,比上一级计量部门的检定结果约高0.03℃,2号铂热电阻的测量值换算成温度值后,比上一级计量部门的检定结果约高0.04℃。所以热电阻在检定或使用中电流应受到限制。既要考虑使用较小的测量电流,使自热效应减至最小程度,又要保证必要的测量灵敏度,所以采用1mA的测量电流较适宜。
  以上是检定工业热电阻时,产生测量偏差的一些因素及其原因分析,在实际检定中应避免这些因素对检定结果的影响。
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