双金属温度计示值误差测量不确定度评定

翟毅辉

陕西龙门钢铁有限责任公司， 陕西韩城 715405

摘要：依据JJG 226-2001《双金属温度计》检定规程对双金属温度计示值误差进行校准，依据JJF1059.1-2017《测量不确定度评定与表示》规范确定校准过程中不确定度分量的来源，对校准结果的不确定度进行评定；

关键词：双金属温度计；校准；标准不确定度；扩展不确定度；

双金属温度计是将两种不同温度膨胀系数的金属片结合在一起作为感温器件，其中一端固定在保护套管底部，称为固定端；另一端连接在一根带有指针的细轴上，称为自由端。当温度发生变化时，感温元件曲率发生变化，自由端转动，带动指针产生角度变化，在标度盘上指示对应的温度。

本文针对常用的分度值为2℃、3℃、5℃的双金属温度计示值误差校准时的测量不确定度进行评定。

1 概述

1.1 测量依据

JJG 226-2001 《双金属温度计》检定规程

1.2 环境条件

温度：（15～35）℃，相对湿度：≤85％RH

1.3 被测对象

测量范围（0-100）℃、准确度等级1.5级、分度值2℃的双金属温度计

测量范围（0-150）℃、准确度等级1.5级、分度值3℃的双金属温度计

测量范围（0-300）℃、准确度等级1.5级、分度值5℃的双金属温度计

1.4 测量标准

二等标准铂热电阻温度计；

恒温槽：工作区域最大温差0.2℃；工作区域水平温差0.1℃；槽温变化不大于0.1℃。

1.5 测量方法

将二等标准铂热电阻与被检双金属温度计一起置于恒温槽中，采用比较法进行检定。

2 数学模型

式中: —— 双金属温度计在检定点的示值误差；

—— 双金属温度计检定点示值；

——二等标准铂热电阻温度计在某检定点附近温度下实测温度 ；

——二等标准铂热电阻温度计在某检定点实测温度的修正值；

3 不确定度来源及说明

不确定度来源及说明见下表.

双金属温度计示值误差校准结果测量不确定度来源分析

序号	不确定度分量来源	概率分布	标准不确定度计算
1	测量重复性	正态
2	被检双金属温度计的示值估读	均匀
4	恒温槽温度波动	均匀
5	恒温槽温度均匀度	均匀
6	标准铂热电阻温度计温度误差	均匀

4 标准不确定度分量的评定

4.1 测量重复性引入的标准不确定度分量评定

4.1.1对一支测量范围为（0-100）℃、准确度等级为1.5级、分度值为2.0℃的被检双金属温度计在80℃温度进行10次重复性测量（均在正行程上进行），测量结果为80.2、80.2、80.0、80.4、80.2、80.0、80.2、80.2、80.4、80.0

则标准不确定度 ℃

4.1.2对一支测量范围为（0-150）℃、准确度等级为1.5级、分度值为3.0℃的被检双金属温度计在120℃温度进行10次重复性测量（均在正行程上进行），测量结果为120.6、120.3、120.6、120.3、120.0、120.3、120.0、120.6、120.6、120.3

则标准不确定度 ℃

4.1.3对一支测量范围为（0-300）℃、准确度等级为1.5级、分度值为5.0℃的被检双金属温度计在300℃温度进行10次重复性测量（均在正行程上进行），测量结果为299.0、299.0、298.5、298.0、299.0、298.5、299.0、298.0、298.0、299.0、298.5

则标准不确定度 ℃

4.2 被检双金属温度计的示值估读引入的标准不确定度

双金属温度计的示值估读到其分度值得1/10，按均匀分布处理，包含因子 ,其标准不确定度分别为：

分度值为2.0℃时： ℃

分度值为3.0℃时： ℃

分度值为5.0℃时： ℃

因测量重复性引入的不确定度分量中包括了示值估读的因素，两个分量中取较大值，测量重复性引入的不确定度分量大于示值估读引入的标准不确定度分量，故示值估读引入的标准不确定度分量不计。

4.3恒温槽温度波动引入的标准不确定度 ，恒温槽温度波动变化最大不超过0.1℃，包含因子 ，故标准不确定度为 ：

℃

4.4 恒温槽温度均匀度引入的标准不确定度 ，恒温槽工作区域最大温差0.2℃；工作区域水平温差0.1℃；按均匀分布处理包含因子 ，故标准不确定度为：

恒温槽工作区域温差引入的不确定度： ℃

_工作区域水平温差引入的不确定度： ℃

恒温槽温度均匀度引入的标准不确定度： ℃

4.5 二等标准铂热电阻修正值引入的标准不确定度 ，

二等标准铂热电阻检定结果的扩展不确定度为0.06℃，置信概率为99%，包含因子 =2.58，其标准不确定度

℃。

5 合成标准不确定度

由于以上各不确定度分量之间不具有相关性，得到合成标准不确定度 为：

测量范围为（0-100）℃ 分度值为2.0℃：

　　　　　　　　 ℃

测量范围为（0-150）℃ 分度值为3.0℃：

℃

测量范围为（0-300）℃ 分度值为5.0℃：

℃

6 扩展不确定度

取 置信概率，包含因子 ，故扩展不确定度 为：

测量范围为（0-100）℃ 分度值为2.0℃： ℃工程管理前沿

测量范围为（0-150）℃ 分度值为3.0℃： ℃

测量范围为（0-300）℃ 分度值为5.0℃： ℃

7 测量结果表示

双金属温度计示值误差校准结果以扩展不确定度表示为：

如校准温度为100℃时，双金属温度计示值为100.2℃，则测量结果表示为：

_t＝（100.2±0.4）℃，

_{结束语：通过以上测量不确定度的评定，可以看出双金属温度计示值误差测量不确定度的主要来源是重复性测量，而示值估读对重复性测量带来了误差，因此我们在校准过程中要使用放大镜读数，以减小读数误差对测量结果带来的影响。}

参考文献：【1】JJG 226-2001《双金属温度计》检定规程

【2】JJF1059.1-2017《测量不确定度评定与表示》