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一、溫度范圍的界定

 JJG130-2004《工作用玻璃液體溫度計》檢定規程規定玻璃液體溫度計的測量范圍為-60℃～+300℃。而數字式溫度計由于傳感器類型的不同，測量范圍比較廣，在數字式溫度計的校準過程中，如果傳感器采用相應的熱電偶，溫度可以達到1000℃，標準器采用二等標準鉑電阻溫度計，制冷恒溫槽溫度最低可以達到-80℃，而干體爐溫度可達600℃。考慮到這些因素，將數字式溫度計的測量范圍定為-80℃～+600℃。

二、校準條件

    1.環境條件

數字式溫度計可在溫度為15℃～35℃，相對濕度≤80%的環境條件下進行校準。
      采用電池供電的數字式溫度計，校準時電壓應在溫度計能夠正常工作的范圍之內；使用熱電偶作溫度傳感器的溫度計需遠離熱源，環境溫度應相對穩定。
      2.標準器及配套設備選擇
      選用的原則是:校準時，由標準器及配套設備引入的擴展不確定度U(k=2)應小于被校溫度計允許誤差絕對值的1/3。
      (1)標準器(見表1)
    1  標準器

注:與標準器配套的電測設備應滿足相應的要求。

    (2)配套設備(見表2)
    表2  配套設備

三、校準項目和校準方法

  1.外觀檢查
      數字式溫度計的外觀用目測法檢查。主要檢查其外形結構是否完好，說明功能的文字符號、標志、圖形、數字和物理量代號等是否符合相應的標準，是否清晰、端正；表面是否有明顯的凹痕、外傷、裂縫和變形等現象，金屬件是否有銹蝕及其他機械損傷；各部位開關、按鍵操作是否靈活可靠；傳感器封裝是否密封良好，引線接插件是否接觸良好，傳感器所使用的保護管及引線是否能承受相應的使用溫度等。
      2.顯示功能的檢查
      接通電源，檢查溫度計各部位開關、按鍵操作是否靈活、可靠，是否具有說明書中所描述的各項功能。
      3.絕緣電阻的檢查
      首次校準時，對使用交流電源供電的數字式溫度計進行該項檢查，對于供電電源為(50～250)V范圍內的溫度計，采用額定直流電壓為500V的絕緣電阻表，供電電源小于50V的溫度計采用額定直流電壓為100V的絕緣電阻表。當電源開關處于接通位置時，將各電路本身端鈕短路。在環境溫度為15℃～35℃、相對濕度為45%～75%的條件下，數字式溫度計的電源端子-外殼、傳感器-電源端子之間的絕緣電阻應不低于20MΩ，測量時，應穩定5s，讀取絕緣電阻值。
      4.絕緣強度的檢查
      首次校準時，對使用交流電源供電的數字式溫度計進行該項檢查，為保護數字式溫度計在試驗時不被擊穿損壞，采用具有報警電流設定的耐壓試驗儀。設定值一般為10mA，以是否報警作為判斷絕緣強度合格與否的依據。
      當電源開關處于接通位置時，將各電路本身端鈕短路，在環境溫度為15℃～35℃，相對濕度為45%～75%的條件下，在數字式溫度計的電源端子-外殼、傳感器-電源端子之間施加表3所規定的頻率為50Hz的試驗電壓，保持1min，應不出現擊穿或飛弧現象。檢查時，試驗電壓應從零開始增加，在(5～10)s內平滑均勻地升至試驗電壓規定值(誤差不大于10%)，保持1min后，平滑均勻地降低電壓至零，切斷試驗電源。  

表3  試驗電壓

    5.示值誤差校準
      校準點應均勻分布在整個測量范圍的整十或整百點上，包括零點和測量范圍上、下限在內，不得少于5個點。在特殊情況下，可根據用戶要求選擇校準點。
      數字式溫度計在校準前應預熱15min以上。對具有外部“調零”及“調滿度”的溫度計，允許在預熱后進行調整，使零位和滿度值均符合數字式溫度計的技術要求，但是在校準過程中不允許調整。
      校準時先校準零點，然后分別向上限值或下限值逐點進行校準。
      零點示值的校準可在冰點器或低溫槽中進行，將數字式溫度計傳感器插入冰點器或低溫槽中，使用冰點器時其工作端距冰點器底部、器壁不得小于20mm，待示值穩定后方可讀數。
      300℃以下(含300℃)各溫度點的校準在恒溫槽中，采用比較法進行。將溫度傳感器直接插入溫度源內與標準器示值進行比較。溫度源恒定溫度偏離校準點不得超過±0.2℃(以標準器示值為準)。溫度計和標準器在恒定的溫度源中保持10min后方可讀數。對于分辨力為0.01℃～0.1℃的數字式溫度計，按“標準→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→標準”的順序，進行兩個循環的測量；對于分辨力為0.1℃以下的數字式溫度計，按以上順序進行一個循環的測量，分別計算算術平均值，得到標準器和被檢數字式溫度計的示值。讀數過程中溫度源溫度應相對恒定，整個讀數過程中，溫度源溫度變化不得超過0.04℃。
      用恒溫槽作為校準用溫度源，將不具備防水性能的傳感器放置于干燥玻璃試管中，玻璃試管的內徑應與傳感器直徑和寬度相適應。校準時，將裝入傳感器的玻璃試管插入恒溫槽介質中，用棉花塞緊管口以消除玻璃試管內空氣的對流。
      300℃以上各溫度點的校準:對于300℃以上、分辨力高于0.1℃的數字式溫度計，本文暫不作探討。將溫度傳感器直接插入干體爐內與標準器示值進行比較。溫度源恒定溫度偏離校準點不超過±0.2℃(以標準器示值為準)。溫度計和標準器在恒定的溫度源中保持15min后方可讀數。對于分辨力為0.1℃及以下的數字式溫度計，按“標準→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→標準”的順序，進行一個循環的測量，分別計算算術平均值，得到標準器和被檢數字式溫度計的示值。整個讀數過程中，溫度源溫度變化不得超過0.04℃。
      溫度源用校準爐校準時，將溫度計傳感器和標準器插入均熱塊插孔中，插入深度相同，均熱塊插孔直徑應與傳感器和標準器的直徑相適應。
      6.示值誤差的計算
      (1)采用標準水銀溫度計作標準器時，示值誤差計算如下:
      Δt=t^b-t^s
      t^s=t^d+t^z
      式中:Δt——數字式溫度計的示值誤差，℃；t^b——被校數字式溫度計的示值平均值，℃；t^s——溫度源實際溫度，℃；t^d——標準水銀溫度計的示值平均值，℃；t^z——標準水銀溫度計證書上給出的示值修正值，℃。
      (2)采用標準鉑電阻溫度計作標準器時，示值誤差計算如下:
      Δt =t^b-t^s
      t^s=t+(R^t/R^tp-W^t)/(dW^t/dt)
      式中:Δ^t——數字式溫度計的示值誤差，℃；t^b——被校數字式溫度計的示值平均值，℃；t^s——溫度源實際溫度，℃；t——標稱溫度值，℃；R^t——標準鉑電阻溫度計在溫度為t時讀出的電阻平均值，Ω；R^tp——標準鉑電阻溫度計在三相點測得的電阻值，Ω；W^t——標準鉑電阻溫度計證書上給出的當溫度為t時的電阻比；dW^t/dt——標準鉑電阻溫度計證書上給出的當溫度為t時的電阻比隨溫度的變化率，/℃。
      (3)采用標準熱電偶作標準器時，示值誤差計算如下:
      Δ^t=t^b-t^s
      t^s=t+(e^t-e^t′)/(de^t/dt)
      式中:Δ^t——數字式溫度計的示值誤差，℃；t^b——被校數字式溫度計的示值平均值，℃；t^s——溫度源實際溫度，℃；t——標稱溫度值，℃；e^t——標準熱電偶在校準溫度t附近測得的熱電勢平均值，mV；e^t′——標準偶證書上給出的當溫度為t時的熱電勢值，mV；de^t/dt——標準偶證書上給出的當溫度為t時的微分熱電動勢值，mV/℃。

四、結束語

鑒于目前國家還沒有數字式溫度計計量校準規范，筆者根據自己對數字式溫度計的理解及長期從事溫度計量工作的經驗，參考相關技術規范，在長達4年的時間里進行了大量的試驗，結果表明，在目前的條件下完全可以開展數字式溫度計的校準工作。希望本文對數字式溫度計校準方法的研究能給廣大溫度計量工作者提供參考和幫助。
      作者單位【河南省計量科學研究院】