标准铂电阻使用在热电阻检定与温度测量中差异

摘要:标准铂电阻温度计在热电阻检定与温度测量中的使用方法问题，以国内现行规范和专家的论断为讨论背景,采用理论计算和数据结果对比分析的方法进行研究。通过以标称电阻值(Rtp)为25Ω与100Ω的标准铂电阻,不同允差等级的电测仪器,不同的温度测量与工业热电阻检定方法,得到有意义的数据,辨别和证明国内规范及专家论据的一个误区。对改善工业热电阻检定方法的科学性和提高检定结果的正确性,具有较大的经济和社会价值。
0引言
　　铂电阻温度计具有测温精度高、灵敏度好、稳定可靠，在氧化环境中或高温下使用时化学性质稳定等优点。因此,对于精度要求高的温度测量,铂电阻温度计总是最优先选用的温度计。铂电阻温度计可用于国际温标的复现,并作为各级标准器具通过逐级传递方式传递温度量值，直至用于检定和分度工业温度传感器。
　　铂电阻温度计用于国际温标的复现离不开国际温标推荐的定义固定点。所有这些固定点都有给定的温度值,这些值与热力学温度值最接近,固定点的相平衡温度具有很高的复现性,尤其是水三相点的复现性可优于0.1mK(国家实验室)。因此,精度的温度计的检定和分度都离不开国际温标定义的固定点和铂电阻温度计,这不仅需要花费高昂的设备成本,还得有高水平有经验的专家按照复杂的操作程序,花费较长的时间完成检定和分度工作。
1国内现状及专家论述
　　工业铂热电阻是各行业中大量使用的精度较高的工业温度计,大量专业计量技术机构、企事业单位的检测实验室都在开展该类温度计的检定工作。长期以来许多实验室的工业热电阻检定装置按规程规定配有水三相点保存装置,检定工业热电阻时重测.标准铂电阻温度计的Rtp值(即自行给标准赋值)-,以求提高标准铂电阻温度计测量检定点温度的正确性,达到减小标准器的测量误差对工业热电阻检定结果的影响。
　　国内有关标准铂电阻温度计在温度计量器具检定及温度测量中的主要认识有:“这就是标准铂电阻要求同一电测设备测量Rt与Rtp来参与计算比值w,能有效地减小电测设备带入的系统影响的原因”15),“有些使用者在使用标准铂电阻测量时,不进行该电测仪器的Rtp值测量,而使用证书上给出的Rp值来计算Wt及温度1,这样将会产生很大的测量误差,以致失去标准铂电阻温度计测温正确的优点”。其在工业铂热电阻检定结果不确定度的实例分析中强调:“水三相点是定义标准铂电阻温度计温度的基点,理论上是正确的。每次使用SPRT时亦必须使用电测设备在水三相点中实测来取得此基准点的Rp值,并以此实测值与R,值计算出比值Wt来计算实际温度”I,这应该是国内专家对精密温度测量和工业热电阻检定时标准铂电阻温度计使用方法最直接明确的论述。
　　另一专著对检定分度热电阻温度计的方法论述是“对于精度不高或工业用电阻温度计,可用比较法检定”间，在此没有说到检定时标准铂电阻温度计标准值的来源。在其标准电阻温度计的正确使用一节强调“由ITS-90可知,W(T)=RT/Rtp。按此方法计算时,可减小电阻温度计不稳定性带来的影响,也能克服不同电测设备系统误差的不同引起的部分影响。但是,如果在计算W(T)时选用的Rtp不是取于同一天测量RT前后的数据,而是选用时隔多日的测量值,或是来源于该温度计检定证书上给出的Rtp,则难以减少电阻温度计不稳定带来的影响。另外，如果用来测量RT和Rtp的电测仪器不是同一台仪器,也不能克服电测仪器系统误差造成的部分影响。在上述不正确情况下计算得到的W(T)值,将会引起很大误差。有时，会误判一支合格的温度计为不合格”网。遗憾的是这里只是强调每次使用标准铂电阻温度计要测量Rtp的重要性,没有提到在完成不同温度测量或量传要求时标准铂电阻温度计使用方法的不同。实际情况需要进行深人细致的研究。
2不同用途使用方法比较研究
　　为了说明标准铂电阻温度计在不同用途和不同使用方法中所产生的差别，选用标称电阻值Rp为25Ω与100Ω的二等标准铂电阻温度计作标准器分别进行讨论,为方便分析直接选用参考值"(见表1)。
 
　　电测仪器用数字多用表,仪器基本量程为0~100Ω,量程测量范围0~200Ω,工作电流1mA。各等级测量仪器允许误差见表2。
 
2.1标准铂电阻温度计测量温度
　　标准铂电阻温度计Rtp用标称电阻值,其他参数用参考函数值,分析用不同级别电测仪器(允差见表2)在不同测量方法下产生的测量误差大小。以常用的0℃、100℃两点为例分析测量误差值,即:.
 
　　为使分析简单明了,计算时暂不考虑标准铂电阻证书Rtp值和自测Rtp值时水三相点容器本身复现的不确定度及其他影响量。
2.1.1标准铂电阻Rtp值用上级证书值
　　不同等级电测仪器测量25,100Ω标准温度计.在冰点值R*t，100℃点值R*h时带来的误差根据表1、表2计算得到列于表3。
 
　　把表1、表3数据代人式(1)可计算得到用不同等级测量仪器测量标准铂电阻温度计的测量误差,计算结果列于表4。
 
2.1.2自测标准铂电阻Rtp值
　　不同等级电测仪器测量25,100Ω标准铂电阻温度计水三相点Rtp值时带来的误差根据表2计算得到列于表5。
 
　　把表1.表3、表5数据代人式(1)可计算得到不同等级测量仪器测量标准铂电阻温度计的测量误差,计算结果列于表6。
 
2.2标准铂电阻温度计用于工业热电阻的检定
　　以0,100℃两个检定点为例来分析用不同级别电测仪器(允差见表2)不同检定方法产生的检定结.果误差值大小国，即:
 
式中:△t一被检热电阻在0,100℃点检定结果的误差值，℃;
Rt一被检热电阻在0,100℃点的测量值,Ω;
R一被检热电阻在0,100℃时的标称值,Ω;
(dR/dt)一被检热电阻的电阻对温度的变化率,Ω/℃。
Pt100工业铂热电阻在两个温度点的技术参数及各级铂热电阻允许偏差见表7。
 
　　不同等级电测仪器测量Pt100工业铂热电阻时带来的误差根据表2、表7计算得到列于表8。
 
　　同样,为使分析简单明了,计算时暂不考虑标准铂电阻证书Rtp值和自测Rtp值时水三相点容器本身复现的不确定度及其他影响量。
2.2.1检定时用自测标准铂电阻Ry值
　　把表1、表3、表5、表7.表8数据代人式(2)可计算得到用不同等级测量仪器时带入检定结果的误差,计算结果列于表9。
 
2.2.2检定时标准铂电阻R。值用上级证书值
　　把表1、表3、表7、表8数据代人式(2)可计算得到用不同等级测量仪器时带人检定结果的误差，计算结果列于表10。
 
3结果比较分析
　　为了更直观地比较标准铂电阻温度计在不同用途.不同使用方法时和使用不同精度等级电测仪器对测量和检定结果贡献的误差。把25Ω(Rtp)标准铂电阻不同用法对0,100℃点结果的影响大小分别如图1、图2所示，把100Ω(Rtp)标准铂电阻不同用法对0,100℃点结果的影响大小分别如图3、图4所示。
从图中色柱和前面表中数据可以看出:
1)标准铂电阻温度计用于温度测量时,在分析所用电测仪器技术指标下同时测量Rt和Rtp的方法比温度计用上级证书上Rtp值的测量方法的测量结果更正确,前者的测量误差比后者要小得多,尤其是在电测仪器的精度等级越低时差别更为明显。
2)标准铂电阻温度计用于工业热电阻检定时,自测标准铂电阻Rtp值(自行给标准器赋值)的检定结果比标准铂电阻用上级证书Rtp值的检定结果的误差要大得多,这与论点或规范依据恰好相反。
从图1、图2(25Ω(Rtp)标准铂电阻)可以看出两种检定方法检定结果的误差比值与文献[8]两种检定方法检定结果不确定度评估结果的比值基本一-致。不同之处主要是本文只分析了关键影响量带来的误差,文献[8]的不确定度包括全部影响量,在关键影响量变小时其他影响量在不确定度评定结果中的贡献就会明显地显现出来。
 
　　把图3与图1、图4与图2比较可以看出使用100Ω(Rtp)标准铂电阻检定Pt100型工业热电阻比.使用25Ω(Rtp)标准铂电阻效果更好,这与文献[9]的不确定度评估结果也是一致的。
 
3)不可把同时测量标准铂电阻温度计Rtp和Rtp可大大减小温度测量结果的误差的方法推广应用于工业热电阻的检定,因为该做法会浪费大量的设备投入经费，而且使检定结果的误差增大。
 
4)在同样的电测仪器技术指标下,标准铂电阻温度计用于温度测量与热电阻的检定分度时,同样方法所得结果误差大小截然不同,应引起我们在使用.和技术规范制修订时的注意。要区别这两者的误差.或不确定度差别的大小，这要看具体方法和条件,不能简单地一概而论。
4结束语
　　由前面的分析比较结果可以看出能否保证测量或检定结果的正确可靠,重要的是要看所用方法的正确性和科学合理性,不同水平的测量和检定分度应采用适当的方法来完成。