JJF 2137-2024 表面铂电阻温度计校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2137—2024
表面铂电阻温度计校准规范
CalibrationSpecificationforSurfacePlatinum ResistanceThermometers
2024-09-18发布2025-03-18实施
国家市场监督管理总局 发布
表面铂电阻温度计校准规范
CalibrationSpecificationforSurface
Platinum ResistanceThermometers
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JJF2137—2024
代替JJG684—2003
归口单位:全国温度计量技术委员会
起草单位:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
中国计量科学研究院
本规范委托全国温度计量技术委员会负责解释
JJF2137—2024
本规范起草人:
赵 楠(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)
杨新圆(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)
孟 苏(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)
汤 磊(中国计量科学研究院)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语…………………………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
5.1 绝缘电阻…………………………………………………………………………… (2)
5.2 电阻偏差…………………………………………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (2)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)
7.3 数据处理…………………………………………………………………………… (5)
8 校准结果表达………………………………………………………………………… (6)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (6)
附录A 表面测温杯示例……………………………………………………………… (7)
附录B 表面铂电阻温度计校准记录参考格式(标准器直接显示温度值) ……… (8)
附录C 表面铂电阻温度计校准结果参考格式……………………………………… (9)
附录D 表面铂电阻温度计校准结果不确定度评定示例…………………………… (10)
Ⅰ
JJF2137—2024
引 言
JJF1071《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001 《通用计量术语及定义》和
JJF1059.1 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本校准规范编写工作的基础性系
列规范。
本规范代替JJG684—2003 《表面铂热电阻检定规程》,主要变化如下:
———增加了表面铂电阻温度计的术语和定义,明确了规范适用的对象;
———删除了表面铂电阻温度计R0值的技术要求;
———修改了测量标准及其他设备的技术要求;
———删除了表面铂电阻温度计R0值的校准方法描述;
———增加了表面铂电阻温度计接线方式的描述;
———规范中将测温杯表面温度源和平板式表面温度源校准表面铂电阻温度计的方法
分别描述;
———删除了采用二等标准水银温度计或二等标准汞基温度计作为标准器的数据处理
方法;
———修改了附录B、附录C表面铂电阻温度计校准记录参考格式和校准结果参考
格式;
———增加了附录D表面铂电阻温度计校准结果不确定度分析示例。
本规范的历次版本发布情况为:
———JJG684—2003。
Ⅱ
JJF2137—2024
表面铂电阻温度计校准规范
1 范围
本规范适用于温度范围为-60℃~600℃表面铂电阻温度计的校准。
其他类型的表面电阻温度计可参考本规范进行校准。
2 引用文件
本规范引用了以下文件:
JJG229—2010 工业铂、铜热电阻
JJF1007—2007 温度计量名词术语及定义
JJF1409—2013 表面温度计校准规范
GB/T30121—2013 工业铂热电阻及铂感温元件
JB/T8622—1997 工业铂热电阻技术条件及分度表
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 术语
JJF1007—2007界定的及以下术语和定义适用于本规范。
3.1
表面铂电阻温度计 surfaceplatinumresistancethermometer
感温元件为铂电阻,专门设计用于测量物体表面温度的传感器。
3.2
电阻偏差 indicationdeviation
表面铂电阻温度计的实际电阻对参考分度表在相同温度下电阻之差。
注:常转换为温差表示。
4 概述
表面铂电阻温度计为直接与固体表面接触以铂丝电阻随温度变化的原理而测量固体
表面温度的测温传感器。其可以采用金属丝平绕、薄膜或厚膜技术及其他工艺制成。其
典型结构如图1所示。
1
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图1 表面铂电阻温度计典型结构示意图
5 计量特性
5.1 绝缘电阻
表面铂电阻温度计的绝缘电阻应不小于20MΩ。
5.2 电阻偏差
表面铂电阻温度计示值允差见表1。
表1 表面铂电阻温度计示值允差
温度范围示值允差/℃
-60℃≤t <0℃ ±6
0℃≤t ≤200℃ ±4
200℃ 注:以上所有指标不用于合格性判别,仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
环境温度:15℃~25℃;
相对湿度:不大于80%。
校准实验室内不应有影响测量结果的空气流动,环境条件还应满足所用标准器和其
他配套设备正常使用的其他要求。
6.2 测量标准及其他设备
6.2.1 标准器
通常采用铂电阻温度计,其扩展不确定度应不大于被校表面铂电阻温度计示值允差
绝对值的1/10。
6.2.2 表面温度源
表面温度源分为测温杯表面温度源和平板式表面温度源。测温杯表面温度源由恒温
槽、表面测温杯(见附录A)组成,平板式表面温度源由表面平板、控温装置组成。
平板式表面温度源的底部具有外置标准器的插孔,标准器外径与插孔内径之差不超
2
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过0.5mm,标准器测量端与插孔内测温点处接触应良好,测温点应位于表面平板工作
区中心下方并尽量贴近平板表面。
表面温度源表面应平整、光滑、无油垢等物质,应没有影响测量准确度的表面氧
化,保证表面铂电阻温度计与工作区表面接触良好。表面测温杯和平板应具有良好的导
热性。工作区直径或对角线与表面铂电阻的直径或对角线相应尺寸之比应不小于
1.4倍。
表面温度源技术要求参见表2。
表2 表面温度源技术要求
温度范围工作区温度均匀性/℃ 工作区温度稳定性/(℃/10min)
-60℃≤t <室温≤0.4 ≤0.4
室温≤t ≤100℃ ≤0.5 ≤0.4
100℃ 300℃ 400℃ 注:
1 符合温度均匀性要求的区域为工作区。
2 表面温度源测试方法参考JJF1409—2013 《表面温度计校准规范》的附录D。
6.2.3 其他设备
校准用其他设备见表3。
表3 校准用其他设备
序号仪器设备名称技术指标用途
1 电测仪器
准确度等级不低于0.02级;
分辨力不低于1mΩ
铂电阻温度计和表面铂电
阻温度计电阻测量
2 转换开关
各通道寄生电势及通道间寄生电势之差
≤1μV 通道转换
3 绝缘电阻测试仪
直流电压100 V,准确度等级不低于
10级
绝缘电阻测量
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
校准项目包括:
———绝缘电阻;
———电阻偏差。
3
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7.2 校准方法
7.2.1 校准前检查
用万用表检查表面铂电阻温度计有无开路或短路。观察表面铂电阻温度计的外观符
合如下a)~d)的规定。
a)各部分装配应正确、可靠、无缺损、无缺件、无折痕。
b)表面铂电阻温度计表面应平整、光滑、无油垢等物质,应没有影响测量准确度
的表面氧化。
c)表面铂电阻温度计不应有开路或短路现象,引出线的安装不应松动。
d)表面铂电阻温度计应带有产品标识,标识上应有分度号、测量范围、出厂编
号等。
7.2.2 绝缘电阻
采用绝缘电阻测试仪测量表面铂电阻温度计的绝缘电阻。测量前将表面铂电阻温度
计放在一金属板上,用硅橡胶或其他弹性材料压紧。测量时将表面铂电阻温度计引出线
短路接至绝缘电阻测试仪的一个接线端,绝缘电阻测试仪另一接线端接至金属板,施加
100V直流试验电压,记录其绝缘电阻示值。其绝缘电阻应不小于20MΩ。
7.2.3 电阻偏差
7.2.3.1 校准温度点
在表面铂电阻温度计测量温度范围内,至少校准3个温度点,通常选取测量范围的
上限、下限和中间点,也可根据客户要求选择其他校准温度点。
7.2.3.2 表面铂电阻温度计的安装
表面铂电阻温度计安装前应检查表面温度源表面是否平整、光滑、无污物,并用酒
精将表面擦拭干净。校准时将表面铂电阻温度计贴在表面温度源的工作区内,当校准温
度不高时,可选用胶布粘贴,并用端部为绝热材料的固定支架将表面铂电阻温度计压
紧。表面铂电阻温度计和表面温度源表面之间不应有缝隙存在,可使用导热硅胶、氧化
铝粉末等导热材料填充,保证被校表面铂电阻温度计与表面温度源表面接触良好。
7.2.3.3 表面铂电阻温度计的接线
二线制、三线制和四线制表面铂电阻温度计在校准中的接线均采用四线制方式。
对四线制表面铂电阻温度计,直接用四线制方式测量其感温元件电阻值。
对二线制表面铂电阻温度计,测量结果包含从感温元件连接点到表面铂电阻温度计
端子间引线的电阻值,若制造商提供引线的电阻值,应在测量结果中减去引线的电
阻值。
对三线制表面铂电阻温度计,假设各引线电阻均为r,为消除引线电阻r 的影响,
分别按照图2a)和图2b)的接线方式测量,图2a)测得的电阻为R1,图2b)测得的
电阻为R2,则三线制表面铂电阻温度计的电阻为2R1-R2。
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a) b)
图2 三线制表面铂电阻温度计接线方式
7.2.3.4 采用测温杯表面温度源校准
采用比较法,将被校表面铂电阻温度计与标准器进行比较。具体校准步骤如下:
a)将表面测温杯放入恒温槽的上端取代原有的槽盖,杯底浸入测温介质深度不小
于30mm;
b)插入标准器,插入深度应不小于200mm;
c)安装表面铂电阻温度计至测温杯表面中心区域;
d)调节恒温槽设定温度,当标准器温度偏离校准温度点±2 ℃以内,温度变化不
超过0.02℃/min时,开始读数,读数顺序为:
标准→被校1 →被校2 →… 被校n
↓
标准← 被校1← 被校2← … 被校n
如此完成一个循环,每个校准温度点读数不少于两个循环。
7.2.3.5 采用平板式表面温度源校准
采用比较法,将被校表面铂电阻温度计与标准器进行比较。具体校准步骤如下:
a)将标准器插入平板式表面温度源的中心区域,标准器测量端与插孔内测温点处
应接触良好,插孔出口缝隙用保温材料堵严;
b)安装表面铂电阻温度计至平板表面中心区域;
c)调节平板式表面温度源设定温度,当标准器温度偏离校准温度点±2 ℃以内,
温度变化不超过0.2℃/min时,开始读数,读数顺序及读数次数与7.2.3.4相同。
7.3 数据处理
7.3.1 被校表面铂电阻温度计在各校准温度点的电阻和电阻偏差计算公式:
Rt=Rb+(t'-ts)×(dRb/dt) (1)
Δt=(Rt-Ra)/(dRb/dt) (2)
式中:
Δt ———被校表面铂电阻温度计在校准温度点上的电阻偏差,℃;
t' ———校准温度点,℃;
ts ———以标准器的实测温度值代表表面温度源温度,℃;
Rb ———表面铂电阻温度计在实际温度下的电阻平均值,Ω;
Rt ———表面铂电阻温度计的实际电阻值,Ω;
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Ra ———表面铂电阻温度计参考分度表在校准温度点的电阻值,Ω;
dRb/dt ———表面铂电阻温度计参考分度表在校准温度点的电阻随温度的变化
率,Ω/℃。
8 校准结果表达
经校准的表面铂电阻温度计出具校准证书,校准证书至少应包括以下信息:
a)标题“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期;
h)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
j)校准环境的描述;
k)校准结果及其测量不确定度的说明;
l)对校准规范的偏离的说明;
m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
n)校准人和核验人签名;
o)校准结果仅对被校对象有效性的声明;
p)未经实验室书面批准,不得部分复制校准证书的声明。
9 复校时间间隔
建议复校间隔时间为1年,使用特别频繁时应适当缩短。凡在使用过程中经过修
理、更换重要器件的一般需重新校准。
由于复校间隔时间的长短与表面铂电阻温度计的使用情况、使用者、本身质量等因
素有关,因此送校单位可根据实际使用情况确定复校时间间隔。
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附录A
表面测温杯示例
表面测温杯材料为紫铜,厚度一般为0.5mm,形状如图A.1所示。
图A.1 表面测温杯
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附录B
表面铂电阻温度计校准记录参考格式(标准器直接显示温度值)
被校温度计名称被校温度计型号
被校温度计编号制造商
依据规范
标准器名称型号
编号有效期
绝缘电阻/MΩ
校准温
度/℃ 读数次数标准器读数/℃ 被校温度计读数/Ω 电阻偏
差/℃
扩展不确
定度/℃
1234
平均值
实际电阻值/Ω ———
校准温
度/℃ 读数次数标准器读数/℃ 被校温度计读数/Ω 电阻偏
差/℃
扩展不确
定度/℃
1234
平均值
实际电阻值/Ω ———
环境温度/℃ 相对湿度/%
校准人核验人
校准日期校准地点
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附录C
表面铂电阻温度计校准结果参考格式
校 准 结 果
1. 绝缘电阻:
2. 电阻偏差:
校准温度点/℃ 实际电阻值a/Ω 电阻偏差/℃ 扩展不确定度U/℃ (k=2)
a 针对二线制表面铂电阻温度计,若制造商没有提供引线的电阻值,则校准结果应该表示
为实际电阻值(含引线电阻)。
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附录D
表面铂电阻温度计校准结果不确定度评定示例
D.1 校准方法
校准表面铂电阻温度计时,将被校表面铂电阻温度计放在表面温度源工作区中,采
用比较法进行校准。
校准表面铂电阻温度计,读数顺序为标准→被校1→被校2→被校3,然后再按相
反的顺序回到标准,测量4次,分别计算算术平均值,得到标准器和被校表面铂电阻温
度计的实际电阻值,进而得到其电阻偏差。
D.2 测量模型
用比较法校准表面铂电阻温度计时被校表面铂电阻温度计的实际电阻值为Rt,其
计算公式为:
Rt=Rb+(t'-ts)×(dRb/dt) (D.1)
式中:
ts ———以标准器的实测温度值代表表面温度源温度,℃;
t' ———校准温度点,℃;
Rt ———表面铂电阻温度计的实际电阻值,Ω;
Rb ———表面铂电阻温度计在实际温度下的电阻平均值,Ω;
dRb/dt———表面铂电阻温度计分度表在校准温度点的电阻随温度的变化率,Ω/℃。
D.3 合成标准不确定计算公式
测量模型中各个输入量的不确定度互不相关,故合成标准不确定度计算公式如下:
u2c(Rt)=(dRb/dt)2×u2标(ts)+(dRb/dt)2×u2电(ts)+(dRb/dt)2×u2分(ts)+
(dRb/dt)2×u2温差(ts)+u2电(Rb)+u2分(Rb)+u2均匀性(Rb)+u2稳定性(Rb)+u2重
式中:
u标(ts) ———标准器测量不确定度引入的分量,℃;
u电(ts) ———标准器电测设备测量误差引入的分量,℃;
u分(ts) ———标准器读数分辨力引入的分量,℃;
u温差(ts) ———标准器测温点与表面温度源工作区温度不一致引入的分量,℃;
u电(Rb) ———被校表面铂电阻温度计电测设备测量误差引入的分量,℃;
u分(Rb) ———被校表面铂电阻温度计读数分辨力引入的分量,℃;
u均匀性(Rb)———表面温度源温场不均匀引入的分量,℃;
u稳定性(Rb)———表面温度源温场稳定性引入的分量,℃;
u重———表面铂电阻温度计测量重复性引入的分量,℃。
D.4 标准不确定度评定
以Pt100表面铂电阻温度计在100℃下校准为例,对表面铂电阻温度计电阻偏差测
量结果的不确定度进行评定,具体评定如下:
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D.4.1 输入量ts的标准不确定度
D.4.1.1 标准器测量不确定度引入的分量u标(ts)
铂电阻温度计经检定合格,在有效期内,其扩展不确定度为:
100℃ :U =10mK (k=2)
u标(ts)=10mK
2 =5mK
D.4.1.2 标准器电测设备测量误差引入的分量u电(ts)
校准表面铂电阻温度计时,采用数字多用表,根据其使用说明书,以每年检定一次
计算,100Ω量程示值最大允许误差为±(52×10-6×读数+9×10-6×满量程),100℃
时,标准器读数为34.771Ω,按均匀分布可得:
u电(ts)=52×10-6×34.771Ω+9×10-6×100Ω
3 ×103 mΩ≈1.6mΩ (合16.5mK)
D.4.1.3 标准器读数分辨力引入的分量u分(ts)
标准器读数采用数字多用表,根据其使用说明书,读数分辨力为0.01mΩ,取半
宽区向,按均匀分布可得:
u分(ts)=0.005mΩ
3 ≈0.003mΩ(合0.03mK)
D.4.1.4 标准器测温点与表面温度源工作区温度不一致引入的分量u温差(ts)
标准器测温点与表面温度源工作区温度不一致,两者存在差异。参照表面温度计校
准规范,100℃时标准器测温点与表面温度源工作区中心点的温差不大于0.5℃,按均
匀分布可得:
u温差(ts)=0.5℃×1000mK
3 ≈288.7mK
D.4.2 输入量Rb的标准不确定度
D.4.2.1 被校表面铂电阻温度计电测设备测量误差引入的分量u电(Rb)
校准表面铂电阻温度计时,采用数字多用表,根据其使用说明书,以每年检定一次
计算,1kΩ量程示值最大允许误差为±(50×10-6×读数+2×10-6×满量程),100℃
时,被校表面铂电阻温度计读数为139.083Ω,按均匀分布可得:
u电(Rb)=50×10-6×139.083Ω+2×10-6×1000Ω
3 ×103 mΩ≈5.2mΩ
D.4.2.2 被校表面铂电阻温度计读数分辨力引入的分量u分(Rb)
校准表面铂电阻温度计采用数字多用表,根据其使用说明书,读数分辨力为
0.01mΩ,取半宽区向,按均匀分布可得:
u分(Rb)=0.005mΩ
3 ≈0.003mΩ
D.4.2.3 表面温度源温场不均匀引入的分量u均匀性(Rb)
由于表面温度源表面温场存在不均匀性,根据规范要求,在表面温度源工作区域
内,温度均匀性为0.5℃,取半宽区间,按均匀分布可得:
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u均匀性(Rb)=0.25℃
3 ×0.379×1000mΩ/℃≈54.7mΩ
D.4.2.4 表面温度源温场稳定性引入的分量u稳定性(Rb)
由于校准过程中标准器和被校表面铂电阻温度计测量不能同时进行,根据规范要
求,在本校准温度点的测量过程中,温度变化应不大于0.2℃,按均匀分布可得:
u稳定性(Rb)=0.2℃
3 ×0.379×1000mΩ/℃≈43.8mΩ
D.4.3 Rt 的标准不确定度
D.4.3.1 表面铂电阻温度计测量重复性引入的分量u重
测量重复性数据见表D.1。
表D.1 测量重复性数据
序号1 2 3 4 5 6
R100 ℃/Ω 138.8137 138.7834 138.8251 138.7303 138.8023 138.8137
计算其实验标准偏差:n=6。
u重=s(Rt)= Σn
k=1
Rk -R 2
n -1 ≈0.0346Ω=34.6mΩ
D.5 合成标准不确定度
标准不确定度分量汇总表见表D.2。
表D.2 主要标准不确定度汇总表
不确定度来源区间半宽度分布置信因子标准不确定度
标准器u标(ts) 10mK ——— 2 5mK
电测设备u电(ts) 28.6mK 均匀3 16.5mK
分辨力u分(ts) 0.05mK 均匀3 0.03mK
表面温度源温差
u温差(ts) 500mK 均匀3 288.7mK
电测设备u电(Rb) 9.0mΩ 均匀3 5.2mΩ
分辨力u分(Rb) 0.005mΩ 均匀3 0.003mΩ
表面温度源均匀性
u均匀性(Rb) 94.8mΩ 均匀3 54.7mΩ
表面温度源稳定性
u稳定性(Rb) 75.9mΩ 均匀3 43.8mΩ
重复性u重34.6mΩ ——— ——— 34.6mΩ
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以上各项标准不确定度分量互不相关,所以合成标准不确定度为:
uc Rt = (dRb/dt)2×u2标(ts)+(dRb/dt)2×u2电(ts)+(dRb/dt)2×u2分(ts)+
(dRb/dt)2×u2温差(ts)+u2电(Rb)+u2分(Rb)+u2均匀性(Rb)+u2稳定性(Rb)+u2重
可得100℃时,uc(Rt)=134.8mΩ。
D.6 扩展不确定度
扩展因子k 取2,可得100℃时扩展不确定度:
U(Rt)=uc(Rt)×k=134.8mΩ×2=269.6mΩ
由于电阻偏差Δt=(Rt-Ra)/(dRb/dt),可得100 ℃时,U (Δt)=U (Rt)/(dRb/
dt),即电阻偏差Δt 的扩展不确定度为0.8℃,k=2。
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