电热恒温干燥箱温度偏差校准结果不确定度

电热恒温干燥箱温度偏差校准结果不确定度

杨德彪

来宾市计量测试研究所 广西 来宾市 546100

摘要：电热恒温干燥箱，是环境保护质量检验机构广泛使用的环保样品检测及前期处理装置，其安全稳定地工作状态和正确的温度示值，为环保产品质量下进一步性能测试提供了可靠数据的保证和前提。为确保恒温箱等环保试验装置良好的工作状态，示值准确，需对此类装置实行温湿度校正。根据JJF1101-2019《环境保护测试设备温度、湿度校准规范》中明文规定的工作环境要求和校准技术条件，选用了CONST316型多能高温校验仪、低电势能精密控制器和A类Pt100式铂热电阻当作主要检测装置，对同一台电热恒温干燥箱上的温度测试重复性、检测仪表本身分辨力所引起的标准温度不确定度、测量体温传感器和精密控制器等多个方面所引起的不确定度以及对温度误差校正结果的不确定度进行了分析，希望能够为相关人员提供一定的参考和借鉴。

关键词：电热恒温干燥箱；室温偏差；不确定度

1引言

近些年来，虽然恒温箱在工业和人们的日常生活中得到了非常多的应用，也积累了一定的使用经验，但是，由于水的温度是恒温箱的最关键的参数，要能够正常使用恒温箱，就必须定时校正各种技术参数和相关指标，在使用中及时发现问题和解决问题。而恒温箱也具备了恒温作用，它是由温度传感器与数字式温度调节仪表共同组成控制回路，不断调节加热功率， 以达到恒温箱内水温较为恒定不变。但因为温度传感器与数字式温度调节仪表都各自具有正的或负的偏移；而且，数字式温度调整仪器的设定数值和指示值之间也具有差错，因此在组成测温系统之后，温度传感器的指示数值就可能和恒温箱内的实际水温并不相符；同时，由于恒温箱内温度传感器的装设地点，通常是在恒温箱内较偏的区域，测量结果显示的实际环境温度也不必然是在恒温箱内中心点的实际环境温度。所以，通过对恒温箱内的实际环境温度加以校准，对检测结果的不确度加以判断也很有必要。

2相关定义

测量不确定度概念上是"反映科学合理地给出被计量之值的分散性，与测量成果相密切联系的参数"。测量不确定度用以定量表明测试结果的可靠性程度，这是"表明了置信水平的区间的0.5宽度"。而从字义上理解，表明了对测试成果可信度、有效性的质疑程度或不确定程度，是定性地表明测试成果的质量的一种基本参数。但事实上因为计量不完备和人的了解程度不够，所得到的被计量数据往往具有分散特征，亦即每个人测试的成果并非单一数据，而只是以相当的机率散布于一定范围内的许多个数据。尽管客观存在的系统误差是一种不变数据，但因为人类无法充分了解或把握，所以可以认为其是以一种可能性的分布形式存在于特定范围内，而这个可能性分布自身就存在着分散度。而测量不确定度是代表被测定之数据分散度的参考值，并不能表明测定之成果是否接近真值。不确定度的来源一般有：测定人员带入的不确定度、测定装置带入的不确定度、检测方法带入的不确定度、被测对象带入的不确定度和测定环境带入的不确定度。

3恒温箱温度校准的目的及方法

3.1温度校准的目的

因为检测装置的测量不确定度来源所在，为获取可信的检测结论，就必须对装置自身的准确度加以认识与确定。以恒温柜为例，主要是作为取样实验之前的处理的环境试验设备，被很多检测机构大量采用。此类装置的正确示值和平稳工作状态，是对样品开展下一次测试的重要基础和保证。而为了确保装置一直处在工作良好的状况，示值准确，就该文必须建立环境试验装置及温湿度监测与校正设备，对恒温箱进行校正，为产品测试提供技术保障，为相应装置的校正工作提供参考依据。

3.2校准方法

在对恒压箱进行校准的整个过程中，出现了许多问题。首先，对校正温度做出了正确选择；第二，对已经选择好了校准部位的仪器设备合理布置。在标定时，应当首先结合实际状况对仪器设备工作室的上、中、下三个水平层做出适当选择，然后再在这三个水平层之间逐个选择好了校准部位，在这一步骤中必须对校准部位和试验设备内壁之间的距离做出合理的限制，通常控制在各自边长的十分之一以内即可。而关于具体标定温度的选取及其校准部位的合理分配，则应当参考JJF1101-2019《环境保护测试设备温度、湿度标定技术规范》。

以电热恒压鼓风干燥箱为例，其温控仪中配备了Pt100热电阻的0.5级数字温度计；在恒压箱的温度控制标准器中选择了A级Pt100热电阻，温度控制巡检仪，其测量误差可被限制在0.2℃以内。当对恒温柜进行校准时， 环境温度为22℃，环境湿度为65%，电源电压为220V，并且一共设有九个测点。

在校准阶段，第一，先将水质感应器放置在适当的校准位置上，并且此位置是可供选择的；第二，不断调节恒温箱的温控仪温度，将温度调节到100℃，这样，再次标准上，恒温箱的温度才能快速地上升，当恒温箱中的实际温度达到100℃，并维持在此标准上之后，再不断测量每个检测点的实际温度，并且要求每个审核位置上要进行循环测量，而且至少测量十遍以上。除此之外，还要安排相关的工作人员及时将恒温箱的温度数据准确记录下来，然后以此为参考，对仪表在距标称温度在100℃范围内的实际温度上下误差值进行了计算，并记录下不用经过校准点上十次校准后的具体数据。

在得到了有关数据之后，就需要使用测温系统的温度校准设备对各种数据进行温度校准，从而找出了在各个测温点中实际的温度值，经确定了预压温度为位置7的第五次测值之后，对该位置7的测量系统温度校正值也就是为+0.1℃。。

经确定，在各个测点预压极端最低气温都是位置4的第四次测值，其测温系统的修正数值是-0.1℃，

4测量结果不确定度分析

4.1数学模型

以对恒温箱温度的误差计算为例，可以构建关于在不同测温点中实际最高温度与恒温箱的实际标称环境温度之间的模型。

4.2分量标准不确定度分析

4.2.1引入的测量不确定

①对测定重复性引入的准则并不明确：在恒温箱温度超过标称环境温度后，再使室温保持在30分钟以内，对十组数值进行重复度检测，并找出对每组的修正值后实测最高温度，之后就可以按照相应的公式对单次测定的标准偏差值进行计量。其次，在此基础上由测量重复性提出标准不确定度，为：

②由测量温度系统的误差是不确定的，因此引入的测量也是不确定的：对于测量系统错误修正值，证书所给出的不确定量是0.06℃，且估计为正态分布，因此如果测量系统错误修正值所引起的不确定量为u(Tmax)=s=0.06/2=0.03℃，则所引入的不确定度分量是0.12℃。

4.2.2引入的不确定度分量

①在Pt100中引入的不确定度分量：对A级Pt100而言，其最大容许偏差约在0.35℃，但如果均匀分布，则u=0.20℃；

②是数字温控表新引入的不确定度分量：在通常情形下，0.5等级数字温控表在100℃时最大的允许偏差值是0.5℃，但如果均匀分布，则可以算出u=0.29℃。

4.2.3合成标准不确定度

根据数学模型可以确定合成标准不确定率的计算公式。

4.2.4扩展不确定度

包含因子k=2，则U=2×0.37=0.74℃

4.2.5不确定度报告

通过上述的标准测量系统对恒压箱的温度测量示值上误差加以测定，已经测定误差值的最大扩展不确量为0.74℃。

5结论

综上所述，可以从这些评价中看出，在校准的水质传感器与数值多用表引入系统的水温差值都是在设定了极限条件的前提下，对计量结果的不确定度贡献很大。但如果对于恒温箱温度场变动较小、显示控制系统分辨率较高的水温差值校正，则并不对计量结果不确定度和标准的相符度评定都是正确的。为此，就要求以等级的标准校正水质传感器与数值多用表整套控制系统测量错误，以得出现实的水温校正值。而使用水温校正值当作整个控制系统的主要误差来源，将有助于增强系统校正能力以及实现水温不确度评估的主要成果，获得标准的、合格的符合度评估结论。

参考文献

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作者简介：杨德彪，男，1987年07月出生，本科学历，助理工程师职称，主要从事计量设备检定方面工作和研究。