溫度顯示儀表是一種工業(yè)過程測量儀表,又稱溫度二次儀表。儀表本身并不能單獨測量溫度,必須與溫度傳感器相配、接受其信號才能測量溫度。儀表輸入信號是一種標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范性的信號,通常包括符合國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻、熱電偶信號以及標(biāo)準(zhǔn)化(電壓、電流)信號和在特定領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的規(guī)范化信號。溫度二次儀表在與熱電偶連接測量溫度時,通常具有參考端溫度自動補(bǔ)償功能,可以不用外接冷端補(bǔ)償器直接與熱電偶連接。
常用的溫度二次儀表包括:數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀,工業(yè)過程測量記錄儀,溫度顯示儀,模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀,帶電動PID調(diào)節(jié)電子自動平衡記錄儀,動圈式溫度指示、指示位式調(diào)節(jié)儀表,帶時間比例、比例積分微分作用的動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表等,也包括其他種類可以配接傳感器實現(xiàn)溫度顯示的二次儀表。

1、溫度二次儀表溯源依據(jù)
針對常用的溫度二次儀表,國家均已頒布了多項校準(zhǔn)規(guī)范、檢定規(guī)程。
由下面的溫度二次儀表溯源方法可知,目前校準(zhǔn)規(guī)范、檢定規(guī)程對主要針對的溫度二次儀表輸入信號為:熱電偶、熱電阻溫度信號以及電壓、電流、電阻等電信號二次儀表的校準(zhǔn)、檢定,基本覆蓋目前所有溫度二次儀表的溯源工作。
溫度二次儀表溯源方法
◆溯源依據(jù):JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀
適用范圍:配接熱電偶、熱電阻及以直流電流、電壓和電阻作為模擬電信號輸入的數(shù)字指示及指示調(diào)節(jié)儀器。
◆溯源依據(jù):JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀
適用范圍:配熱電偶或熱電阻以測量溫度,以及以直流電壓、電流和電阻作為模擬電信號輸入,反映其他物理、化學(xué)量的工業(yè)過程測量記錄儀。
◆溯源依據(jù):JJF 1664-2017溫度顯示儀
適用范圍:接受熱電偶、熱電阻等溫度傳感器信號或溫度變送器輸出信號的溫度顯示儀表;接受直流電壓或電流過程信號顯示的二次儀表。
◆溯源依據(jù):JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀
適用范圍:配熱電偶或熱電阻的模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀,以及以直流電壓、電流和電阻作為模擬電信號輸入,反映其他物理變量的模擬式指示及指示調(diào)節(jié)儀的檢定。
◆溯源依據(jù):JJG 572-1988帶電動PID調(diào)節(jié)電子自動平衡記錄儀
適用范圍:帶電動PID調(diào)節(jié)電子自動平衡記錄儀,其他具有相同類型的PID調(diào)節(jié)顯示儀表的調(diào)節(jié)部分也可參照本規(guī)程。
◆溯源依據(jù):JJG 186-1997動圈式溫度指示、指示位式調(diào)節(jié)儀表
適用范圍:適用范圍:與熱電阻或熱電偶配合使用的磁電系動圈溫度指示、指示位式調(diào)節(jié)儀表,其他物理參數(shù)轉(zhuǎn)化成電壓或電阻量等電信號的動圈式儀表的檢定。
◆溯源依據(jù):JJG 285-1993帶時間比例、比例積分微分作用的動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表
適用范圍:與熱電阻或熱電偶配合使用的,帶時間比例、比例積分微分作用的動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表的檢定。
其中:JJG 186-1997動圈式溫度指示、指示位式調(diào)節(jié)儀表,JJG 285-1993帶時間比例、比例積分微分作用的動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表兩個檢定規(guī)程已經(jīng)廢止,本文對其內(nèi)容不再涉及。
JJG 572-1988帶電動PID調(diào)節(jié)電子自動平衡記錄儀主要針對的項目為控制部分的檢定,本文對其內(nèi)容不再涉及。
2、溫度二次儀表示值誤差溯源比較
針對JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀、JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀、JJF 1664-2017溫度顯示儀、JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀四個常用規(guī)程,以下從標(biāo)準(zhǔn)器具的選取、溯源的環(huán)境條件、溯源方法、示值誤差計算等方面對常用溫度二次儀表溯源進(jìn)行對比。
2.1 標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的選取
四個規(guī)程、規(guī)范中均已經(jīng)明確給出了參考標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的選取要求。
由下面的標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備選取的原則可以看出,在校準(zhǔn)或檢定過程中,標(biāo)準(zhǔn)器具的選取原則還是存在一定的差距,其中,JJF 1664-2017對由標(biāo)準(zhǔn)儀器及配套設(shè)備引入的擴(kuò)展不確定度的大小沒有明確的定量要求,僅滿足盡可能小即可。
標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備選取的原則
◆溯源依據(jù):JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀
選用原則:選用的標(biāo)準(zhǔn)器,包括整個檢定設(shè)備的總不確定度應(yīng)小于被檢儀器允許誤差的1/5,對于0.1級的被檢儀器應(yīng)小于其允許誤差的1/3。
◆溯源依據(jù):JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀
選用原則:檢定時,由標(biāo)準(zhǔn)儀器及配套設(shè)備引入的擴(kuò)展不確定度U(k=2)應(yīng)小于被檢儀器最大允許誤差的1/3。
◆溯源依據(jù):JJF 1664-2017溫度顯示儀
選用原則:校準(zhǔn)時由標(biāo)準(zhǔn)儀器及配套設(shè)備引入的擴(kuò)展不確定度U(k=2)應(yīng)盡可能小,以滿足委托方對校準(zhǔn)工作的要求。
◆溯源依據(jù):JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀
選用原則:選用的標(biāo)準(zhǔn)器,包括整個檢定裝置以置信概率p=0.95提供估計值的擴(kuò)展不確定度U95應(yīng)不超過被檢儀器最大允許誤差的1/5。
目前,部分熱處理爐校準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)明確了校準(zhǔn)溫度二次儀表需用到的過程校驗儀等級及最大允差,例如GB/T 30825-2014熱處理溫度測量、AMS2750F高溫?zé)崽幚?、GJB 509B-2008熱處理工藝質(zhì)量控制、HB 5425-2012航空制件熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法等標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確了相應(yīng)等級熱處理需要使用的溫度二次儀表等級以及校準(zhǔn)這些溫度二次儀表的標(biāo)準(zhǔn)器具等級及允差。
所以,JJF 1664-2017更加貼近被檢設(shè)備實際使用中的工作要求。
2.2 溯源的環(huán)境條件
環(huán)境條件如下表所示,并應(yīng)同時滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的使用條件。

2.3 溯源方法及數(shù)據(jù)處理對比
根據(jù)溫度二次儀表顯示不同,一般分為數(shù)字式、模擬式兩種,其中模擬式可分為:全量程指示和偏差指示兩種。最大允許誤差計算均可采用下式表示:Δ=±a%·FS;式中:Δ為允許誤差,℃;a為準(zhǔn)確度等級;FS為儀表的量程,℃。
2.3.1 數(shù)字式溫度二次儀表溯源
①溯源方法
數(shù)字式溫度二次儀表顯示直觀、溯源過程相對簡單,準(zhǔn)確度等級較低、使用中周期溯源的儀表溯源時基本均參照以下方法:
校準(zhǔn)點一般應(yīng)包括上、下限值之內(nèi)不少于5個點,或用戶指定的校準(zhǔn)點。
在預(yù)熱完成后,按照使用說明書或規(guī)程規(guī)范要求將標(biāo)準(zhǔn)器連接至被檢儀表輸入端。
首先輸入下限值溫度對應(yīng)的標(biāo)稱電量值,讀取儀表的溫度示值;然后開始增大輸入信號(上行程時),分別輸入各校準(zhǔn)點溫度所對應(yīng)的標(biāo)稱電量值,并讀取儀表的示值,直至上限;在輸入上限溫度信號并讀取儀表示值后減小輸入信號(下行程時),分別輸入各校準(zhǔn)點溫度所對應(yīng)的標(biāo)稱電量值,并讀取儀表的示值,直至下限。用同樣的方法重復(fù)測量一次。
熱電偶輸入的儀表,如果具有參考端溫度自動補(bǔ)償,校準(zhǔn)時給儀表輸入的信號應(yīng)是被校點溫度對應(yīng)的標(biāo)稱電勢值減去補(bǔ)償導(dǎo)線修正值。
②溯源注意事項
數(shù)字式溫度二次儀表溯源在測量次數(shù)、讀數(shù)要求等方面還是存在一定的差距。
◆溯源依據(jù):JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀
溯源注意事項:溯源時,下限值只進(jìn)行下行程的檢定,上限值只進(jìn)行上行程的檢定。需要采用同樣的方法重復(fù)測量一次,取二次測量中誤差最大的作為該儀表的最大基本誤差。
◆溯源依據(jù):JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀
溯源注意事項:參照J(rèn)JG 617-1996,后續(xù)檢定可以只進(jìn)行一個循環(huán)的檢定,最大基本誤差參照J(rèn)JG 617-1996計算。
◆溯源依據(jù):JJF 1664-2017溫度顯示儀
溯源注意事項:溯源時,用同樣的方法重復(fù)測量一次,取兩個循環(huán)讀數(shù)的平均值計算示值誤差。
JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀、JJF 1664-2017溫度顯示儀需要對被檢儀表進(jìn)行兩個循環(huán)的校準(zhǔn),并且在上(下)限值的校準(zhǔn)中存在差異。
JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀參照J(rèn)JG 617-1996進(jìn)行檢定,僅進(jìn)行一個循環(huán)檢定即可。
在基本誤差計算時(配接熱電偶的溫度二次儀表不考慮補(bǔ)償導(dǎo)線修正值),JJF 1664-2017采用四次平均值進(jìn)行計算,如式(2)。JJG 617-1996基本誤差計算參照式(3)進(jìn)行,取二次測量中誤差最大的作為該儀表的最大基本誤差。

Δt=(td+ts)±b
式中:Δt為示值誤差,℃;
為被檢儀表顯示平均值,℃;td為被檢儀表顯示值,℃;ts為標(biāo)準(zhǔn)儀器輸出溫度值,℃;b為被檢儀表分辨力,℃,+、-號應(yīng)于前2項的計算結(jié)果符號相一致。
在實際溯源過程中,不同溫度二次儀表溯源時,校準(zhǔn)循環(huán)的次數(shù)、示值誤差計算時加(或減)分辨力這兩點是極易被忽視出現(xiàn)錯誤的地方,需要特別關(guān)注。
2.3.2 模擬式溫度二次儀表溯源
①溯源方法
模擬式溫度二次儀表一般是采用以被檢儀表刻度線為標(biāo)準(zhǔn),讀取標(biāo)準(zhǔn)器的實際輸出值,經(jīng)過計算確認(rèn)示值誤差的方法開展溯源。
校準(zhǔn)點一般應(yīng)在主刻線上進(jìn)行,應(yīng)包括上、下限值之內(nèi)不少于5個點,或用戶指定的校準(zhǔn)點。
在預(yù)熱完成后,按照使用說明書或規(guī)程規(guī)范要求將標(biāo)準(zhǔn)器連接至被檢儀表輸入端。
輸入信號使指示指針(光柱)緩慢上升,并對準(zhǔn)各被??潭染€中心(光段最亮),分別讀取標(biāo)準(zhǔn)器的示值t1,直至上限,完成上行程的測量。在讀取上限值后,減小輸入信號,使指示指針(光柱)緩慢下降,并對準(zhǔn)各被??潭染€中心(光段最亮),分別讀取標(biāo)準(zhǔn)器的示值t2),直至下限,完成下行程的測量。
②注意事項
與數(shù)字式溫度二次儀表相似,在循環(huán)次數(shù)、示值誤差計算等方面,JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀、JJF 1664-2017溫度顯示儀、JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀均存在差異。
◆溯源依據(jù):JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀
溯源注意事項:后續(xù)檢定進(jìn)行一個循環(huán)檢定即可,上行程時下限值不檢,下行程時上限值不檢。
◆溯源依據(jù):JJF 1664-2017溫度顯示儀
溯源注意事項:進(jìn)行兩個循環(huán)檢定,上行程時下限值不檢,下行程時上限值不檢。
◆溯源依據(jù):JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀
溯源注意事項:進(jìn)行一個循環(huán)檢定,上下限點在上下行程時均需要檢定。
基本誤差計算時,JJF 1664-2017取兩次循環(huán)的被檢示值平均值與標(biāo)準(zhǔn)器輸出值的差值作為示值誤差,JJG 74-2005、JJG 951-2000取上下循環(huán)示值誤差最大的值作為該校準(zhǔn)點示值誤差。
模擬式溫度二次儀表在實際溯源過程中,校準(zhǔn)循環(huán)的次數(shù)、示值誤差計算方法這兩點也是極易被忽視出現(xiàn)錯誤的地方,需要特別關(guān)注。
2.4 幾點建議
針對溫度二次儀表,在作者多年工作中發(fā)現(xiàn),隨著PLC、工控機(jī)等模塊化、集成化設(shè)備的應(yīng)用,高精度控溫的設(shè)備已經(jīng)不單單采用溫度二次儀表實現(xiàn)溫度控制,多數(shù)情況下,溫度二次儀表變成為了直觀顯示溫度的顯示類儀表。在參照J(rèn)JG 617-1996出具示值誤差時,由于規(guī)程中示值誤差的計算需要加(或減)分辨力,就會出現(xiàn)顯示值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值與示值誤差不一致的問題,對客戶極易產(chǎn)生誤解。
所以,在實際工作中,可以有效結(jié)合客戶需求,參照J(rèn)JF 1664-2017對溫度顯示部分進(jìn)行校準(zhǔn)。
3、結(jié)論
本文針對JJG 617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀、JJG 74-2005工業(yè)過程測量記錄儀、JJF 1664-2017溫度顯示儀、JJG 951-2000模擬式溫度指示調(diào)節(jié)儀四個規(guī)程、規(guī)范在實際工作中標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的選取、環(huán)境溫濕度條件、溯源方法不同、示值誤差計算方法等方面進(jìn)行了對比,對實際校準(zhǔn)中的易錯點進(jìn)行了概括,對溫度二次儀表的溯源方法提出了建議,對計量工作從業(yè)者更準(zhǔn)確把握規(guī)程要點具有重要意義。
作者:賈薈琳(山東省計量科學(xué)研究院)
