热电阻温度计的计量检定研究

热电阻温度计的计量检定研究

唐海玲

广东省云浮市质量计量监督检测所  广东省云浮市  527300

摘要：热电阻温度计灵敏度高、稳定性好、测量范围宽，在工业领域、科研工作中获得广泛应用。该文介绍了热电阻温度计的检定方法，并讨论了检定过程中应注意的几个问题。

关键词：热电阻温度计；计量检定；检定方法

热电阻温度计灵敏度高、稳定性好、准确度高，广泛应用于工业、医疗、科研等场合。但热电阻温度计在投入使用前、使用过程中都必须进行检定，因为热电阻温度计受到运输、储存、使用等多种因素影响，感温性能可能发生变化。热电阻温度计的检定是一项专业性较强的工作，需按照一定流程和技术条件严格操作，才能确保检定结果的准确性[1]。有鉴于此，本文对热电阻温度计的计量检定进行了研究。

1热电阻温度计的检定方法

1.1测温原理

热电阻是指随温度升高或下降，电阻值会产生相应变化的测温元件。根据材料的不同，热电阻分为金属（主要是铂、铜）热电阻和半导体热敏电阻。温度变化引起热电阻电阻值变化，采用电桥或数字多用表可测量热电阻电阻值的变化，一般转化为毫伏电压信号，通过显示仪表指示被测温度。热电阻与温度之间关系称为电阻温度系数，即

（1）

式中，为电阻温度系数(℃-1)，表示温度升高或下降1℃时，测温元件电阻值的相对变化率；、分别为测温元件0℃和100℃时的电阻值。

越大，测温元件测量温度的灵敏度越高；反之亦然。纯金属比合金的更大，所以热电阻温度计多采用纯铂、纯铜制造。国际电工委员会(IEC)给出了铂热电阻的电阻值与温度的关系：

（2）

式中，为温度时的电阻值，为温度0℃时的电阻值，、、为系数，其中，，。

1.2检定条件

检定设备是实现高准确度量值传递物质基础，包括二等标准铂电阻温度计、测温电桥（被检热电阻A级及以上用0.005级及以上电桥，被检热电阻B级及以下用0.02级及以上电桥）、接触热电势≤1.0μV的多点转换开关、冰点槽(U≤0.04℃，k=2)、恒温槽（水平温场≤0.01℃，垂直温场≤0.02℃）、水三相点瓶及其保温容器、高温炉、杜瓦瓶、绝缘电阻表等，其中标准温度计、温度固定点（水三相点瓶、冰点槽、恒温槽）和测量仪器均要求高准确度。检定环境要求实验室温度控制在(15～35)℃，湿度控制在30%～80%。

1.3检定项目

热电阻温度计的检定项目包括外观检查、绝缘电阻测量、稳定性试验、允差检定、温度系数α的符合性检查5个方面，允差检定是其中最复杂也是最重要的项目，需通过检定装置操作和软件控制完成。

1.4检定方法

1.4.1检定点选择

0℃和100℃是必须检定的两个温度点，当这两点的电阻值、符合允差要求后，还需检查温度系数α的符合性。如果△α不符合规程《工业铂、铜热电阻》(JJG 229-2010)要求，还应检定上限温度。

1.4.2接线方法

测量二线制热电阻的电阻值时，应按四线制进行接线，即从热电阻接线柱上接出2根引线进行连接，并在计算时扣除引线电阻值，如果引线电阻值未知，则将其作为误差引入测量结果。测量三线制热电阻的电阻值时，因引线电阻不计入测量结果，应按JJG 229-2010接线方法进行接线，通过两次测量消除引线电阻影响。

1.4.3热电阻插入深度

热电阻温度计感温部位应插入足够深度，以减少热电阻与环境热交换的损失，一般要求插入深度不少于300mm。

1.4.4热电阻电阻值的测量

1.4.4.1的检定

热电阻温度计的应在冰点槽或0℃恒温槽中测量，将被检温度计显示的温度与标准铂电阻温度计测量的温度进行比较，得出被检温度计测量0℃的偏差值。被检温度计的等级在AA级以上时，0℃恒温设备应采用三相点瓶，以降低不确定度。

1.4.4.2和的检定

被检热电阻温度计与标准铂电阻温度计同时插入100℃恒温槽中，比较两者测量100℃的偏差值。的检定在温度的恒温设备中进行，通过与标准器所测温度进行比较，得出温度的偏差值。恒温设备的温度偏差不应超过±2℃，且在10min内波动幅度不超过±0.02℃。

1.4.5检定结果的处理

0℃时被检热电阻温度计温度测量误差的数学模型[2]如下：

（3）

式中，为0℃时被检热电阻温度计与标准温度计测量温度的偏差值；为被检热电阻温度计在冰点槽中测量的电阻值；为被检热电阻温度计0℃时电阻值对温度的变化率；和分别为标准温度计在冰点槽与三相点瓶中测量的电阻值；、分别为标准温度计0℃时电阻比值和电阻比值随温度的变化率。

100℃时被检热电阻温度计温度测量误差的数学模型[2]如下：

（4）

式中，为100℃时被检热电阻温度计与标准温度计测量温度的偏差值；为被检热电阻温度计在100℃恒温设备中测量的电阻值；为被检热电阻温度计100℃时电阻值对温度的变化率；为标准温度计在100℃恒温设备中测量的电阻值；、分别为标准温度计100℃时电阻比值和电阻比值随温度的变化率。

2热电阻温度计检定中的问题讨论

2.1引线接入方式的影响

热电阻温度计的引线可以接成二线制、三线制和四线制。JJG 229-2010规定二线制热电阻也应接成四线制，这是因为如果接成二线制，引线电阻无法测得，最终计入到热电阻温度计的电阻值中，使得测量结果产生误差。以铂100温度计为例，100℃时的电阻率为

Ω/℃，若热电阻电阻值有2Ω，测量误差将达到5.3℃。引线采用三线制、四线制接入能减少或避免引线电阻的影响，但采用三线制接入也要通过两次测量才能完全消除引线电阻的影响。

2.2插入深度的影响

热电阻温度计插入恒温设备的深度影响测量结果。以铂100温度计为例，插入深度为100mm时，0℃和100℃的电阻值分别为100.019Ω和138.319Ω；插入深度为300mm时，0℃和100℃的电阻值分别为99.978Ω和138.422Ω。以插入300mm为准，插入100mm时0℃点电阻值增加0.041Ω（换算温度偏差约0.10℃），100℃点电阻值减少0.103Ω（换算温度偏差约0.27℃）。可见插入深度对测量结果影响显著。

2.3电测设备的影响

检定热电阻温度计时，应分别通入正反方向的电流，两者平均可以消除杂散电势的影响，同时确保通入的电流不大于1mA。以铂100温度计检定为例，通入电流为1mA时，0℃点和100℃点的电阻值分别为99.945Ω和138.421Ω；如果通入电流为2mA时，0℃点和100℃点的电阻值分别为99.976Ω和138.443Ω。相当于温度增加0.08℃，所以应控制检定电流不超过1mA。

2.4测量方法的影响

JJG 229-2010规定被检热电阻为AA级时，应使用水三相点瓶重新测量。由于检定单位与使用单位的电测设备不同，也会有差别，同时测量过程中的振动等因素也会影响。假设增加0.008Ω，换算为温度将引入0.08℃的误差，所以使用单位应用检定结果时应重新测量。

3结语

热电阻温度计是温度计量的重要仪器，其准确度影响温度控制水平，对使用单位的经济效益具有显著影响，因此必须做好热电阻温度计检定工作。在热电阻温度计检定过程中会受到多种因素影响，为了保证检定工作质量，应严格控制这些因素，并通过不断完善检定方法，确保检定结果的准确性和可靠性。

参考文献：

[1]于娟. 热电阻温度计的检定分析[J]. 价值工程,2018,37(25):222-223.

[2]韩志鑫,冯锦,赵茜. 工业铂热电阻检定方法研究综述[J]. 中国测试,2019,45(8):25-32.