姚誠煜

(江蘇省常熟市計量測試所，江蘇常熟，215500)

0 引言

科學(xué)技術(shù)飛速背景下，工業(yè)熱電阻憑借著自身穩(wěn)定性強、測溫準確度高、結(jié)實耐用等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)、精密測量等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，發(fā)揮出了相當(dāng)積極的作用。不過，在工業(yè)熱電阻檢定中，存在一些導(dǎo)致測量偏差的因素，其不僅會造成檢定數(shù)據(jù)偏差，還可能直接影響檢定結(jié)果判定，需要技術(shù)人員的重視和解決。

1 工業(yè)熱電阻的工作原理

實際上，工業(yè)熱電阻是一種具備溫度測量功能的傳感裝置，通常會與溫度變送裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置及溫度顯示裝置配合使用，實現(xiàn)對于工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度的測量、調(diào)節(jié)和控制（見圖1）。工業(yè)熱電阻對于溫度的測量主要是利用了導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的電阻值會隨著溫度的變化發(fā)生相應(yīng)變化的特性，在其實際使用過程中，測量物質(zhì)的電阻變化情況會被工業(yè)熱電阻中的儀表直觀呈現(xiàn)出來。

相比較其他溫度測量裝置，工業(yè)熱電阻具備幾個比較顯著的特點，一是其結(jié)構(gòu)部件采用的是壓簧式，抗振性能優(yōu)越；二是與一般溫度測量儀器的測量角度存在很大區(qū)別，能夠提高溫度測量結(jié)果的準確性；三是工業(yè)熱電阻的結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強，在不同類型的工業(yè)生產(chǎn)中有著良好的適用性，能夠滿足其對于溫度測量的不同需求；四是工業(yè)熱電阻內(nèi)部獨特的薄膜電阻構(gòu)件可以提升其物理性能，保證設(shè)備的正常使用[1]。

圖1 工業(yè)熱電阻

2 工業(yè)熱電阻檢定中產(chǎn)生偏差的原因及控制

工業(yè)熱電阻的檢定方法有兩種，一是電位差計檢定，主要是基于國家相關(guān)標準，利用電位差計來對尚未檢定物質(zhì)在不同溫度條件下的電阻系數(shù)變化進行測量，在檢定過程中不僅需要用到電位差計，還需要大量的輔助設(shè)施，包括電阻、電池、導(dǎo)線等，操作相對繁瑣；二是電橋測量檢定，主要是運用測溫電橋裝置與其他設(shè)備的配合，針對工業(yè)熱電阻檢測物體內(nèi)部電阻的過程進行測量，這種檢定方式對于外部環(huán)境要求較高，而且測量方式復(fù)雜，檢定過程容易出現(xiàn)誤差[2]。

2.1 水三相點瓶使用偏差

水三相點瓶在工業(yè)熱電阻運行中發(fā)揮出的主要作用是保溫，在對特殊種類金屬的溫度進行檢定時通常會用到，例如，在《工業(yè)鉑、銅熱電阻》（JJG 229-2010）中，明確提出，應(yīng)該利用水三相點瓶及其保溫容器進行標準鉑電阻溫度計電阻值的測定，水三相點瓶對于工業(yè)熱電阻后期測量結(jié)果存在直接影響，如果其無法正常運行，還可能會導(dǎo)致工業(yè)熱電阻的運行風(fēng)險。基于此，需要技術(shù)人員重視水三相點瓶的使用，而一旦操作失誤，就可能導(dǎo)致工業(yè)熱電阻的檢定偏差：一是在水三相點瓶中放入標準鉑電阻溫度計之前，將必要的預(yù)冷環(huán)節(jié)忽略。實際上，在對水三相點瓶進行操作前，要求檢測人員必須預(yù)先將標準鉑電阻溫度計放入到相應(yīng)的制冷恒溫槽中，做好必要的預(yù)冷處理工作，等到溫度計顯示數(shù)值與水三相點瓶一致，或者兩者之間的誤差不超過0.01℃時，才能進行測量，分析原因，主要是在利用熱電阻進行溫度測量的過程中，必然伴隨著一定的熱量交換，容易引發(fā)傳熱誤差，通過對溫度計的預(yù)冷處理，能夠避免將外界溫度代入瓶中，從而杜絕傳熱現(xiàn)象引發(fā)的測量偏差[3]；二是在水三相點瓶完成凍制后，立即投入使用。實際上，剛剛凍制好的水三相點瓶三相點溫度偏低，凍制過程較大的過冷度會導(dǎo)致冰晶尺寸偏小，容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，如果立即將其應(yīng)用到溫度測量中，過于強烈的內(nèi)外溫差不僅會對工業(yè)熱電阻檢定結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響，嚴重的甚至可能引發(fā)安全事故。因此，正確的操作應(yīng)該在將凍制好的水三相點瓶于接近0.01℃的環(huán)境下放置30min，待其穩(wěn)定后再投入使用，這樣能夠確保冰晶尺寸合理，消除應(yīng)力作用，從而保證測量結(jié)果準確可靠。

2.2 電測設(shè)備使用偏差

結(jié)合《工業(yè)鉑、銅熱電阻》（JJG 229-2010）分析，對于A級乃至AA級電阻的檢定，必須采用0.005級或者更高等級的電測設(shè)備。在不斷的發(fā)展過程中，很多市級計量部門開始將原本的電測設(shè)備更換為了對應(yīng)等級的數(shù)字多用表，但是在這種情況下，很容易出現(xiàn)因為電測設(shè)備操作不當(dāng)引發(fā)的測量偏差。具體來講，一是沒有做好量程選擇工作。合理的量程對于測量檢定工作有著非常重要的作用，如果量程選擇偏高，則會對測量準確性產(chǎn)生影響，如果量程選擇偏低，可能導(dǎo)致測量結(jié)果超出量程范圍，無法直觀顯示出來。而在實際操作中，也可以設(shè)定為自動量程，由系統(tǒng)自主確定，但是這樣的方式可能造成讀數(shù)延遲，測量時間間隔難以得到有效保障。因此，對于技術(shù)人員而言，檢定過程中必須依照實際情況，對量程進行合理選擇[4]；二是沒有做好數(shù)字多用表調(diào)節(jié)。在對熱電阻阻值進行測量時，需要通過一定電流，檢定環(huán)節(jié)通常要求通過熱電阻的電流不超過1mA，之所以如此，主要是因為當(dāng)電流從熱電阻中通過時，會在其感溫元件及引線上產(chǎn)生焦耳熱，繼而形成相應(yīng)的溫度梯度，受這種內(nèi)部熱效應(yīng)影響，電阻的溫度會逐漸身高，引發(fā)測量偏差問題。因此，在工業(yè)熱電阻檢定環(huán)節(jié)，如果使用的是數(shù)字多用表，應(yīng)該將其調(diào)節(jié)到低電流檔?？紤]內(nèi)容熱效應(yīng)引發(fā)的測量偏差大小會受到流經(jīng)熱電阻電流大小的影響，不能一概而論，為了保證檢定結(jié)果準確可靠，采用兩支工業(yè)鉑熱電阻，在0℃進行實驗，保持其他試驗條件不變，僅僅增加通過鉑熱電阻的電流值，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)表

結(jié)合表1數(shù)據(jù)分析，雖然通過增加流經(jīng)鉑熱電阻電流的方式，能夠提升測量的靈敏度，不過電流越大，電阻內(nèi)部熱效應(yīng)也越大，測量偏差值同樣會隨之增大。當(dāng)電流達到5mA時，1號鉑熱電阻的測量值如果換算成溫度，較上級計量部門的檢定結(jié)果高出約0.03℃，2號鉑熱電阻測量值在換算成溫度后，較檢定結(jié)果高出0.04℃。因此，在工業(yè)熱電阻檢定中，應(yīng)該對電流進行控制，在保證測量靈敏度的情況下，盡可能減小自熱效應(yīng)[5]。

3 結(jié)語

工業(yè)熱電阻檢定中，可能出現(xiàn)檢定結(jié)果偏差的問題，對偏差產(chǎn)生的原因進行分析，主要是工作人員的操作缺乏規(guī)范性?；诖?，應(yīng)該對工業(yè)熱電阻檢定步驟進行明確，做好風(fēng)險分析預(yù)防工作，采取有效措施來減少和杜絕偏差，以此來保證檢定結(jié)果真實有效。