JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》、JJG161-2010《标准水银温度计检定规程》和其对应的旧规程相比有哪些变化?对电测仪器有何要求?对检定工作究竟有哪些实际的影响?本文做一个简单的介绍和分析。
1、JJG229-2010的主要变化
①铂电阻等级的变化
随着工业的发展,对温度测量的准确度要求有所提高。因此在JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》里,对旧版规程中的A、B两个等级的工业铂电阻中增加了AA级和C级工业铂电阻。
②水三相点值的测量
对于工业铂电阻的检定,旧规程规定使用二等标准铂电阻作为标准器来检定A级和B级工业铂电阻,二等标准铂电阻只要送检,符合要求即可。在误差计算中直接使用二等标准铂电阻送检证书上的水三相点值。而在JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》中,这一点做了很大的修改。作为标准器的二等铂电阻除了需要送检合格之外,在检定工业AA级和A级铂电阻之前,必须再次实测二等铂电阻温度计的水三相点值,而使用这个实测值进行最后的数据计算。
③测温仪表准确度指标的变化
由于需要直接测量二等铂电阻的水三相点值,同时AA级铂电阻的准确度要求也比较高。因此要求测温仪的准确度更高。所以JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》的要求是:检定A级和AA级铂电阻时要使用0.005级及以上测温仪,也就是测温仪表的准确度是5×10-5。由于实际测量的是电阻值,因此应该理解为电阻的测量准确度。目前多使用的是通用六位半和七位半台式数字多用电表。这些数字多用电表给出的最佳准确度实际上是直流电压的测量准确度,而其电阻测量的准确度几乎无一例外都大于这个值。
④结果的计算和评价
1998年版工业铂电阻规程中,对于R0和R100的计算,大量使用了电阻相对于温度的微分值,如d R/dt,算法显得繁琐。JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》中,使用电阻比W值来描述,公式更加简单。这里值得一提的是,公式的修改给部分人员造成迷惑,以为计算方法变了,计算结果也不同了。实际上,虽然计算公式在形式上有所改变,但前后两版的公式实际上是可以互相推导出来的,计算得到的结果是相同的。
在对计算结果的评价上,JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》有了明显的变化。以前主要是看α值是否合格,JJG229-2010规程不仅要评价α值,同时也要评价R0和R100,三个值都合格才算合格。这实际上提高了对于工业铂电阻的要求,有利于保证工业生产中温度测量的准确性。
2、JJG161-2010的主要变化
①等级合并, 统一标准
JJG161-2010替代了原有的一等和二等标准水银温度计规程,将二者合为一体, 并进行了修订。也就是说以后不再有一等水银和二等水银的标准,统一合并称为标准水银温度计。检定标准器统一为二等标准铂电阻温度计。
②标准器测温仪表的准确度提高
对于标准器二等铂电阻温度计的电测仪器测量相对误差的要求从原版规程的1×10-4提高到3×10-5,因为温度测量仪表是用来检测二等标准铂电阻的水三相点值,因此同样要理解成电阻测量的准确度。
③水三相点值的测量
JJG161-2010《标准水银温度计检定规程》要求必须配备水三相点测量装置,来实测标准铂电阻温度计的Rtp值,并且要求使用实测的Rtp计算实际温度。这一点和JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》相同,只是准确度更加高。
3、JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》和JJG161-2010《标准水银温度计检定规程》对设备和仪表产生的影响
①配备水三相点
如果要检定A和AA级工业铂电阻,必要条件就是需要配备水三相点瓶,用来实测二等铂电阻的水三相点值,这样才能检定AA和A级铂电阻。实测的水三相点值要参与接下来的误差计算。因此如果没有水三相点设备(包括测量仪表)的计量单位,今后就不能检定AA级和A级工业铂电阻了, 或者说不能建标检定AA和A级。
②电测仪器的准确度要高
由于JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》和JJG161-2010《标准水银温度计检定规程》都要求实测二等铂电阻标准器的水三相点值,因此对电测仪器的准确度要比以前高很多。规程中规定,铂电阻规程要求是5×10-5, 水银温度计是3×10-5。目前大部分的铂电阻检定系统中使用的都是数字多用电表,而不是专用的测温仪。如果使用数字多用电表,根据规程要求,其分辨力达到0.1mΩ的电阻值,所以必须要使用七位半以上的数字多用电表。而且,即便是分辨力达到七位半,也不代表其电阻测量准确度能达到0.005级 (即5×10-5) 的水平。所以,评价测温仪表是否满足新规程的要求,除了满足一年期电阻准确度5×10-5的要求之外,还有分辨力的要求。
③对于水银温度计检定
由于取消了一等水银温度计和二等水银温度计的划分,且必须全部使用二等标准铂电阻温度计作为标准器来对水银温度计进行检定。同样,如果建标检定水银温度计,需要配置水三相点以及满足3×10-5的测温仪表。这样仪表测量准确度的要求就高于铂电阻规程的要求。
根据上面的介绍, 这里的关键点就是两个:第一是建标必须有水三相点。第二测温仪表必须达到5×10-5(高于铂电阻)或3×10-5(水银温度计) 。其实规程中还要求测温仪表需要有换向测量的功能。所以基于上面的要求,目前市场上的六位半、七位半台式数字多用电表都无法满足要求。因此可以的选择就是八位半数字多用电表或者专用的测温仪。所以通过七位半数字多用电表达到新规程的要求基本上是不可能的。
4、现状以及选择
①现状
目前大部分检测机构所选择的国内的温度检定系统大都是热电偶和工业铂电阻在一起的系统。少数检测机构的热电偶和铂电阻检定系统是分别独立的。目前国内大约有几十家的公司可以提供这类全自动温度检定系统。所有这些系统结构上基本一样,包括高温炉、恒温槽、数字多用电表、开关等。而这些基本的设备很多都不是自己生产,而是从第三方公司采购而来的。这些公司只是将其这些产品集成在一起,编写一个软件而已。因此,目前市场上所有使用七位半数字多用电表的温度检定系统没有一个是可以满足JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》对A和AA级铂电阻检定要求。此外这些公司也不提供水三相点。有些供应商声称可以更换系统中的数字多用电表升级来满足新规程的要求,从前面的分析看是不现实的,或者是不可能的,除非更换八位半数字多用电表,其代价是10万人民币的价格或者更高,此外没有其他的选择。
②选择
1)更换整个系统,包括热电偶和铂电阻,例如采用福禄克的温度检定系统。
2)更换铂电阻检定部分,因为新规程只涉及工业铂电阻,所以可以用原来的系统继续做热电偶的检定, 而采用新的系统, 例如福禄克的铂电阻检定系统来支持新的规程。
3)还有一个选择就是降级A级铂电阻至B极,今后不再使用A级以上的铂电阻。这样就无需升级测温仪以及增加水三相点。但是对那些专业的计量单位,例如省计量院或者市计量所,这种选择肯定是不适合的。
5、选型注意事项
①水三相点问题
水三相点由两部分组成,水三相点瓶和保存装置。瓶子是用来冻制水三相点,冻制好了以后放入保存装置保存。从体积来说,水三相点有大型和小型之分。大型水三相点插入深度深,保存的时间相对长,主要用于一等铂电阻和二等铂电阻的检定。通常体积大,只能在实验室使用,价格相对比较贵。小型的水三相点体积小,瓶子也相对小,保存时间短,使用方便,可以带到现场使用,价格相对便宜。针对新的铂电阻检定规程的要求,小型水三相点就足以满足要求,并且较大型水三相点使用更加方便。
关于水三相点的选择主要考虑实用的问题。因为多年以前不少用户曾经配备过水三相点瓶, 但是后来都放弃, 没有再使用。其重要原因就是不够实用。如果是选择大型水三相点,其主要目的是检定(注意不是检测或者监测)一等或者二等标准铂电阻温度计。大型水三相点的制作时间通常比较长,也显得繁琐一些。因此,如果水三点瓶冻制一次可以坚持30d甚至60的时间,就比较实用。现在有些水三相点好像制作起来挺简单,但是实际上制作时需要4h,再加上稳定时间1~2 h,加起来需要6~7h以上才能使用,而保存时间也只有2d,那么这就显示不很实用,最终也就会放弃不用了。
如果是选择小型水三相点,其冻制时间在1h以内或者更短,保存时间在5h,那么每天用,每天冻制就显示非常方便。福禄克目前提供两种水三相点方案,大型或者小型。大型的用于标准铂电阻的检定,冻制需要1d(达到稳定状态),可以保存至少30d,最长可达60d以上。小型的水三相点主要是用于标准铂电阻的检测和监测,冻制只需要0.5h,保存时间在5h以上。因此当天制作当天用,非常方便,也特别适合于两个新规程的要求。
②测温仪的问题
根据JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》和JJG161-2010《标准水银温度计检定规程》,目前市场上的所有六位半数字多用电表,包括七位半的数字多用电表,其电阻的测量准确度都不能满足新规程关于AA和A级铂电阻以及水银温度计新规程检定的要求。因此只能重新考虑测温仪表。
关于测温仪表大体有三种选择:
第一种选择是继续选择通用型的数字多用电表。由于新规程的要求比较高,因此可以选择的数字多用电表不是很多,目前主要就是八位半的数字多用电表。当然最理想的是福禄克的8508A。这是一款计量专用数字多用电表,它具有很多专门用于计量的功能。所以不论是电学还是热工,它都是最好的选择。它除了是目前世界上准确度最高的数字多用电表之外,还内置了很多专门用于铂电阻温度测试的功能。例如三四线测量,输入温度的参数,内置ITS90温标,显示温度等。由于其价格相对比较贵, 因此比较适合于省计量院热工所, 地市级计量所热工室使用。而企业内的计量部门可以选择价格适中的仪表。
第二种选择是选择专用的测温仪。由于数字多用电表不是专用的测温仪表,所以考虑到准确度和方便性,可以直接选择专用的测温仪,例如福禄克的1529、1560,昌晖仪表YR-TM3022T,安捷伦34420A等。由于这些仪表是专门为温度测量所设计的,其准确度、显示、数据的处理等都完全满足测温以及温度检定规程的要求。这些仪表之间的主要区别就是通道数量的多少、是否有数据存储、曲线绘制等。如果是专业的温度计量实验室,首选是专用的测温仪,而不是数字多用电表,因其可以满足很多季候的各种计量校准需求以及适应规程的变化。
第三种选择是选择更加高级的测温仪表,包括电桥或者电桥级别的测温仪。这类仪表通常都超出了新的铂电阻检定规程的需要,主要是用来检定一等和二等标准铂电阻所需要的昂贵测温仪表。由于高等级电桥(通常价格在40万人民币以上, 考虑外置标准参考电阻和恒温槽等,总体价格在50万人民币以上),操作复杂,测量的速度很慢,所以要考虑其实用性。而低于30万人民币的普通测温电桥基本上就无需考虑。福禄克最新的超级测温电桥是采用最新一代技术而研制出来的新型测温,彻底改变了传统电桥的操作复杂、测量速度慢等缺点,所以具有极高的性能价格比。
③推荐方案
针对最新的规程,福禄克计量校准部特别定制了两个方案(见表1),可以供不同的用户根据自己的工作性质、工作量以及经费进行选择。
表1 选择方案
以上方案均采用小型水三相点瓶,其特点是自动冻制,随用随冻,且插入深度足够;测温仪表携带方便,可以在现场检定。
福禄克提供的方案远远不止这两个,如果需要更高的准确度,更多的通道等,还可以选择大型水三相点瓶及其保存装置,以及多通道多功能的堆栈式测温仪1560。
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