热量表温度示值误差测量不确定度评定

1 概述

1.1 测量依据

JJG225－2001《热能表》；

JJG160－2007《标准铂电阻温度计》。

1.2 环境条件

环境温度：（15～35）℃；

相对湿度：（15～85）%RH。

1.3 测量标准

二等标准铂电阻温度计两支，标准电测设备（双通道HY250标准温度表）。

1.4 被测对象

超声热量表的配对温度传感器

1.5 测量方法

（1）温度：用比较法进行测量。将二等标准铂电阻温度计1与配对温度传感器放在同一个温槽内，将标准电测设备（HY250标准温度表）与标准铂电阻温度计连接。依次设定恒温槽温度10℃（使用防冻液作为介质）、50℃、85℃，稳定后连续读取两个循环的数据并记录。每个读数循环为：标准铂电阻温度计1—高温端温度传感器—低温端温度传感器—标准铂电阻温度计1。

（2）温差：将二等标准铂电阻温度计1与高温端温度传感器按要求放在高温端恒温槽内，将二等标准铂电阻温度计2与低温端温度传感器按要求放在另一个恒温槽内，将两支铂电阻温度计与标准电测设备（双通道）连接。温差点为60℃、10℃、3℃，根据JJG225－2001热能表检定规程的要求，设定高温端恒温槽为90℃，依次设定低温端恒温槽为30℃、80℃，87℃。稳定后连续读取两个循环的数据并记录。每个读数循环为：标准铂电阻温度计1—高温端温度传感器—标准铂电阻温度计2—低温端温度传感器。

2 测量模型

2.1 温度测量模型

T=T_x－T_s

式中：Tx—t温度时温度传感器示值；

Ts—t温度时标准温度值。

2.2 灵敏系数

2.3 传播率公式

2.4 温差测量模型

式中：T_x1—高温端t1温度传感器示值；

T_x2—低温端t2温度传感器示值；

T_s1—高温端t1标准温度值；

T_s2—低温端t2标准温度值；

测量模型可变换为：

为热量表高、低温端温度传感器与高、低温标准温度差值的差值。

3 输入量标准不确定度的评定（温度检定）

3.1 输入量Tx标准不确定度u（T_x）的评定

3.1.1 测量重复性引入的标准不确定度分量u（T_x）₁

检定点50℃时，稳定后高温端温度传感器重复八次测量值分别为：50.12，50.12，50.13，50.13，50.12，50.12，50.13，50.12，单位为℃。

算得：=50.124℃根据贝塞尔公式，单次测量的实验标准差：

实际测量以两次测量平均值作为测量结果：

3.1.2 温度传感器分辨率引入的标准不确定度分量u（T_x）₂

检定状态时，配对温度传感器的显示分辨力为0.01℃，区间半宽度a为0.005℃，假设服从均匀分布，k=，则：

3.2 输入量T_s标准不确定度u（T_s）的评定

3.2.1 恒温槽温差、温度波动度引入的标准不确定度分量u（T_s）₁

（1）根据检定证书，恒温槽工作区域最大温差为0.02℃，区间半宽a=0.01℃。假设服从均匀分布，k=，则：

（2）根据检定证书，恒温槽温场波动度最大为0.010℃/30min，区间半宽a=0.005℃/30min，假设服从均匀分布，k=，则：

综上，恒温槽引入的标准不确定度分量为：

3.2.2 电测设备引入的标准不确定度分量u（T_s）₂

根据检定证书，HY250标准温度表的扩展不确定度U=0.0010Ω，k=2，则：

3.2.3 二等标准铂电阻温度计周期稳定性引入的标准不确定度分量u（T_s）₃

根据检定证书，二等标准铂电阻温度计的扩展不确定度为：U=0.013mK，k=3，则：

3.2.4 二等标准铂电阻温度计自热效应引入的标准不确定度分量u（T_s）₄

根据检定证书，自热效应为2.0mK，假设服从均匀分布，k=，则：

4 合成标准不确定度（温度检定）

以上各项不确定度来源彼此独立不相关，因此50℃时，高温端温度传感器示值误差的合成标准不确定度为：

计算50℃时低温端温度传感器的重复性，和其他两个检定点的高、低温端温度传感器的重复性，同理可得：

10℃时，u=0.0105℃（高温端）；

u=0.0106℃（低温端）；

50℃时，u=0.0108℃（低温端）；

85℃时，u=0.0109℃（高温端）；

u=0.0110℃（低温端）。

三个检定点的温度示值误差的标准不确定度比较接近，85℃时低温端温度传感器的值最大，取为温度示值误差的合成标准不确定度，即：

u（T）=0.0110℃

表1 50℃时标准不确定度分量汇总

5 温度扩展不确定度

U_T=k×u（T）=0.022℃，k=2。

6 输入量标准不确定度的评定（温差检定）

6.1 测量重复性引入的标准不确定度分量u（ΔT_x）₁

温差检定点10K时，稳定后重复八次测量温差值分别为：10.15，10.14，10.15，10.16，10.17，10.15，10.15，10.16，单位为K。

算得：=10.154K

根据贝塞尔公式，单次测量的实验标准差：

实际测量以两次测量平均值作为测量结果：

6.2 其他标准不确定度分量（B类）

各项B类标准不确定度来源与单只温度测量的标准不确定度来源一致，根据温差计算模型，温差为两只温度传感器测量差值的差值，因此B类标准不确定度分量分别为：

两只配对温度传感器分辨率引入的标准不确定度分量：

两个恒温槽温差及温场波动度引入的标准不确定度分量：

双通道电测设备引入的标准不确定度分量：

两支二等标准铂电阻温度计周期稳定性引入的标准不确定度分量：

两支二等标准铂电阻温度计自热效应引入的标准不确定度分量：

7 合成标准不确定度（温差检定）

表2 温差10K时标准不确定度分量汇总

以上各项不确定度来源彼此独立不相关，因此温差为10K时，超声热量表温差示值误差的合成标准不确定度为：

计算温差3K，60K时温差检定的重复性，同理可得：

温差3K时，u=15.3mK；

温差60K时，u=15.4mK。

三个检定点的温差示值误差的标准不确定度比较接近，温差10K时的值最大，取为温差示值误差的合成标准不确定度，即：

u（ΔT）=15.5mK

8 温差扩展不确定度

U_ΔT=k×u（ΔT）=31mK，k=2

9 测量不确定度的报告与表示

超声热量表温度、温差测量结果的扩展不确定度分别为：

U_T=0.022℃，k=2；

U_ΔT=31mK，k=2。