一、溫度范圍的界定
JJG130-2004《工作用玻璃液體溫度計(jì)》檢定規(guī)程規(guī)定玻璃液體溫度計(jì)的測(cè)量范圍為-60℃～+300℃。而數(shù)字式溫度計(jì)由于傳感器類型的不同，測(cè)量范圍比較廣，在數(shù)字式溫度計(jì)的校準(zhǔn)過程中，如果傳感器采用相應(yīng)的熱電偶，溫度可以達(dá)到1000℃，標(biāo)準(zhǔn)器采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，制冷恒溫槽溫度最低可以達(dá)到-80℃，而干體爐溫度可達(dá)600℃。考慮到這些因素，將數(shù)字式溫度計(jì)的測(cè)量范圍定為-80℃～+600℃。
二、校準(zhǔn)條件
1.環(huán)境條件
數(shù)字式溫度計(jì)可在溫度為15℃～35℃，相對(duì)濕度≤80%的環(huán)境條件下進(jìn)行校準(zhǔn)。
采用電池供電的數(shù)字式溫度計(jì)，校準(zhǔn)時(shí)電壓應(yīng)在溫度計(jì)能夠正常工作的范圍之內(nèi)；使用熱電偶作溫度傳感器的溫度計(jì)需遠(yuǎn)離熱源，環(huán)境溫度應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定。
2.標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備選擇
選用的原則是:校準(zhǔn)時(shí)，由標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備引入的擴(kuò)展不確定度U(k=2)應(yīng)小于被校溫度計(jì)允許誤差絕對(duì)值的1/3。
(1)標(biāo)準(zhǔn)器(見表1)
1 標(biāo)準(zhǔn)器
注:與標(biāo)準(zhǔn)器配套的電測(cè)設(shè)備應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。
(2)配套設(shè)備(見表2)
表2 配套設(shè)備
三、校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法
1.外觀檢查
數(shù)字式溫度計(jì)的外觀用目測(cè)法檢查。主要檢查其外形結(jié)構(gòu)是否完好，說明功能的文字符號(hào)、標(biāo)志、圖形、數(shù)字和物理量代號(hào)等是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)象，金屬件是否有銹蝕及其他機(jī)械損傷；各部位開關(guān)、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(hù)管及引線是否能承受相應(yīng)的使用溫度等。
2.顯示功能的檢查
接通電源，檢查溫度計(jì)各部位開關(guān)、按鍵操作是否靈活、可靠，是否具有說明書中所描述的各項(xiàng)功能。
3.絕緣電阻的檢查
首次校準(zhǔn)時(shí)，對(duì)使用交流電源供電的數(shù)字式溫度計(jì)進(jìn)行該項(xiàng)檢查，對(duì)于供電電源為(50～250)V范圍內(nèi)的溫度計(jì)，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(jì)采用額定直流電壓為100V的絕緣電阻表。當(dāng)電源開關(guān)處于接通位置時(shí)，將各電路本身端鈕短路。在環(huán)境溫度為15℃～35℃、相對(duì)濕度為45%～75%的條件下，數(shù)字式溫度計(jì)的電源端子-外殼、傳感器-電源端子之間的絕緣電阻應(yīng)不低于20MΩ，測(cè)量時(shí)，應(yīng)穩(wěn)定5s，讀取絕緣電阻值。
4.絕緣強(qiáng)度的檢查
首次校準(zhǔn)時(shí)，對(duì)使用交流電源供電的數(shù)字式溫度計(jì)進(jìn)行該項(xiàng)檢查，為保護(hù)數(shù)字式溫度計(jì)在試驗(yàn)時(shí)不被擊穿損壞，采用具有報(bào)警電流設(shè)定的耐壓試驗(yàn)儀。設(shè)定值一般為10mA，以是否報(bào)警作為判斷絕緣強(qiáng)度合格與否的依據(jù)。
當(dāng)電源開關(guān)處于接通位置時(shí)，將各電路本身端鈕短路，在環(huán)境溫度為15℃～35℃，相對(duì)濕度為45%～75%的條件下，在數(shù)字式溫度計(jì)的電源端子-外殼、傳感器-電源端子之間施加表3所規(guī)定的頻率為50Hz的試驗(yàn)電壓，保持1min，應(yīng)不出現(xiàn)擊穿或飛弧現(xiàn)象。檢查時(shí)，試驗(yàn)電壓應(yīng)從零開始增加，在(5～10)s內(nèi)平滑均勻地升至試驗(yàn)電壓規(guī)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(yàn)電源。
表3 試驗(yàn)電壓
5.示值誤差校準(zhǔn)
校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在整個(gè)測(cè)量范圍的整十或整百點(diǎn)上，包括零點(diǎn)和測(cè)量范圍上、下限在內(nèi)，不得少于5個(gè)點(diǎn)。在特殊情況下，可根據(jù)用戶要求選擇校準(zhǔn)點(diǎn)。
數(shù)字式溫度計(jì)在校準(zhǔn)前應(yīng)預(yù)熱15min以上。對(duì)具有外部“調(diào)零”及“調(diào)滿度”的溫度計(jì)，允許在預(yù)熱后進(jìn)行調(diào)整，使零位和滿度值均符合數(shù)字式溫度計(jì)的技術(shù)要求，但是在校準(zhǔn)過程中不允許調(diào)整。
校準(zhǔn)時(shí)先校準(zhǔn)零點(diǎn)，然后分別向上限值或下限值逐點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。
零點(diǎn)示值的校準(zhǔn)可在冰點(diǎn)器或低溫槽中進(jìn)行，將數(shù)字式溫度計(jì)傳感器插入冰點(diǎn)器或低溫槽中，使用冰點(diǎn)器時(shí)其工作端距冰點(diǎn)器底部、器壁不得小于20mm，待示值穩(wěn)定后方可讀數(shù)。
300℃以下(含300℃)各溫度點(diǎn)的校準(zhǔn)在恒溫槽中，采用比較法進(jìn)行。將溫度傳感器直接插入溫度源內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)器示值進(jìn)行比較。溫度源恒定溫度偏離校準(zhǔn)點(diǎn)不得超過±0.2℃(以標(biāo)準(zhǔn)器示值為準(zhǔn))。溫度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)器在恒定的溫度源中保持10min后方可讀數(shù)。對(duì)于分辨力為0.01℃～0.1℃的數(shù)字式溫度計(jì)，按“標(biāo)準(zhǔn)→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→標(biāo)準(zhǔn)”的順序，進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)的測(cè)量；對(duì)于分辨力為0.1℃以下的數(shù)字式溫度計(jì)，按以上順序進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的測(cè)量，分別計(jì)算算術(shù)平均值，得到標(biāo)準(zhǔn)器和被檢數(shù)字式溫度計(jì)的示值。讀數(shù)過程中溫度源溫度應(yīng)相對(duì)恒定，整個(gè)讀數(shù)過程中，溫度源溫度變化不得超過0.04℃。
用恒溫槽作為校準(zhǔn)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(nèi)徑應(yīng)與傳感器直徑和寬度相適應(yīng)。校準(zhǔn)時(shí)，將裝入傳感器的玻璃試管插入恒溫槽介質(zhì)中，用棉花塞緊管口以消除玻璃試管內(nèi)空氣的對(duì)流。
300℃以上各溫度點(diǎn)的校準(zhǔn):對(duì)于300℃以上、分辨力高于0.1℃的數(shù)字式溫度計(jì)，本文暫不作探討。將溫度傳感器直接插入干體爐內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)器示值進(jìn)行比較。溫度源恒定溫度偏離校準(zhǔn)點(diǎn)不超過±0.2℃(以標(biāo)準(zhǔn)器示值為準(zhǔn))。溫度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)器在恒定的溫度源中保持15min后方可讀數(shù)。對(duì)于分辨力為0.1℃及以下的數(shù)字式溫度計(jì)，按“標(biāo)準(zhǔn)→被校1→被校2→……→被校n”，然后再“被校n→……→被校2→被校1→標(biāo)準(zhǔn)”的順序，進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的測(cè)量，分別計(jì)算算術(shù)平均值，得到標(biāo)準(zhǔn)器和被檢數(shù)字式溫度計(jì)的示值。整個(gè)讀數(shù)過程中，溫度源溫度變化不得超過0.04℃。
溫度源用校準(zhǔn)爐校準(zhǔn)時(shí)，將溫度計(jì)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)器插入均熱塊插孔中，插入深度相同，均熱塊插孔直徑應(yīng)與傳感器和標(biāo)準(zhǔn)器的直徑相適應(yīng)。
6.示值誤差的計(jì)算
(1)采用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，示值誤差計(jì)算如下:
Δt=tb-ts
ts=td+tz
式中:Δt——數(shù)字式溫度計(jì)的示值誤差，℃；tb——被校數(shù)字式溫度計(jì)的示值平均值，℃；ts——溫度源實(shí)際溫度，℃；td——標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)的示值平均值，℃；tz——標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)證書上給出的示值修正值，℃。
(2)采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，示值誤差計(jì)算如下:
Δt =tb-ts
ts=t+(Rt/Rtp-Wt)/(dWt/dt)
式中:Δt——數(shù)字式溫度計(jì)的示值誤差，℃；tb——被校數(shù)字式溫度計(jì)的示值平均值，℃；ts——溫度源實(shí)際溫度，℃；t——標(biāo)稱溫度值，℃；Rt——標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在溫度為t時(shí)讀出的電阻平均值，Ω；Rtp——標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在三相點(diǎn)測(cè)得的電阻值，Ω；Wt——標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)證書上給出的當(dāng)溫度為t時(shí)的電阻比；dWt/dt——標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)證書上給出的當(dāng)溫度為t時(shí)的電阻比隨溫度的變化率，/℃。
(3)采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，示值誤差計(jì)算如下:
Δt=tb-ts
ts=t+(et-et′)/(det/dt)
式中:Δt——數(shù)字式溫度計(jì)的示值誤差，℃；tb——被校數(shù)字式溫度計(jì)的示值平均值，℃；ts——溫度源實(shí)際溫度，℃；t——標(biāo)稱溫度值，℃；et——標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在校準(zhǔn)溫度t附近測(cè)得的熱電勢(shì)平均值，mV；et′——標(biāo)準(zhǔn)偶證書上給出的當(dāng)溫度為t時(shí)的熱電勢(shì)值，mV；det/dt——標(biāo)準(zhǔn)偶證書上給出的當(dāng)溫度為t時(shí)的微分熱電動(dòng)勢(shì)值，mV/℃。
四、結(jié)束語
鑒于目前國(guó)家還沒有數(shù)字式溫度計(jì)計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范，筆者根據(jù)自己對(duì)數(shù)字式溫度計(jì)的理解及長(zhǎng)期從事溫度計(jì)量工作的經(jīng)驗(yàn)，參考相關(guān)技術(shù)規(guī)范，在長(zhǎng)達(dá)4年的時(shí)間里進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，結(jié)果表明，在目前的條件下完全可以開展數(shù)字式溫度計(jì)的校準(zhǔn)工作。希望本文對(duì)數(shù)字式溫度計(jì)校準(zhǔn)方法的研究能給廣大溫度計(jì)量工作者提供參考和幫助。
作者單位【河南省計(jì)量科學(xué)研究院】