热工仪表校验仪校准规程规范
时间：2010-01-09 阅读：16874
福建省地方计量技术规范
JJF（闽）1026－2009
热工仪表校验仪校准规范
Calibration Specification for Temperature Calibrator
2009－11－01 发布 2009－11－01 实施
福 建 省 质 量 技 术 监 督 局 发布
热工仪表校验仪校准规范
for Temperature Calibrator
本规范经福建省质量技术监督局于2009年11月01日批准，并自2009年11月01日起施行。
归 口 单 位：福建省质量技术监督局
起 草 单 位：福建省计量科学技术研究所
本规范由起草单位负责解释
本规范主要起草人：
肖 红（福建省计量科学技术研究所）
杨志斌（福建省计量科学技术研究所）
参加起草人：
林 生（福建省计量科学技术研究所）
陈 欣（福建省计量科学技术研究所）
王在旗（厦门市计量测试所）
目 录
1 范围 ········································································（1）
2 引用文献 ········································································（1）
3 概述·············································································（1）
4 计量特性 ·······································································（1）
4 . 1 通用技术要求 ································································（1）
4 . 2 允许误差 ····························································（1）
4 . 3 分辨力····································································（2）
4 . 4 稳定性····································································（2）
4 . 5 绝缘电阻····································································（2）
4 . 6 绝缘强度····································································（2）
5 校准条件 ······································································（2）
5 . 1 校准环境要求 ····················································（3）
5．2 标准器及配套设备 ·····················································（3）
6 校准项目和校准方法 ······················································（3）
6 . 1 通用技术要求的检查···························································（3）
6 . 2 示值误差的校准····························································（4）
6 . 2 . 1 通电预热····································································（4）
6 . 2 . 2 校准点的选择································································（4）
6 . 2 . 3 测量功能各档示值误差的校准··················································（4）
6 . 2 . 4 输出功能各档示值误差的校准··················································（6）
6 . 3 冷端外部温度补偿器示值误差····················································（10）
6 . 4 分辨力试验·····································································（10）
6 . 5 稳定性试验·····································································（10）
6 . 6 绝缘电阻的校准·································································（10）
6 . 7 绝缘强度的校准·································································（10）
7 校准结果表达 ···································································（11）
8 复校时间间隔 ···································································（11）
附录A 校验仪校准结果的不确定度评定 ···············································（12）
热工仪表校验仪校准规范
1 范围
本规范适用于准确度0.02级及以下热工仪表校验仪、工业过程仪表校验仪及具有相同使用功能的电子仪器（以下简称校验仪）的计量性能的校准。准确度高于0.02级校验仪也可参照本规范进行校准。
2 引用文献
JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示
JJF 1071-2000 国家计量校准规范编写规则
GB/T 16839.1-1997 热电偶 *部分：分度表
JB/T 8622-1997 工业铂热电阻技术条件及分度表
JB/T 8623-1997 工业铜热电阻技术条件及分度表
使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 概述
校验仪是一种能检定或校准温度仪表、工业过程仪表及测量热电偶和热电阻信号的多用途电子设备。它一般包括输出功能和测量功能两部分。输出功能部分可输出直流电参量（包括直流电压、直流电流、直流电阻）以及各种分度号的热电偶和热电阻的模拟信号；测量功能部分可直接测量直流电参量（包括直流电压、直流电流、直流电阻） 以及热电偶和热电阻、温度变送器或其它传感器、变送器的输出。
4 计量特性
4.1 通用技术要求
4.1.1 校验仪应具有设备名称、型号、仪器编号，生产厂家等信息。
4.1.2 校验仪附件、连接导线、电源线等应齐全。按键功能正常引线接插件必须接触良好。
4.1.3 校验仪的显示功能应标识明确，数字和符号清晰完整，不引起误读。
4.2 允许误差
校验仪各参数zui大允许误差（典型值）见表1，也可按产品的明示技术指标或产品说明书。
表1 校验仪各参数示值的zui大允许误差
| | 输出功能 | 测量功能 | |
| 直流电压 | mV档 | ±（0.02%RD+5μV） | ±（0.02%RD+5μV） |
| V档 | ±（0.02%RD+0.5mV） | ±（0.02%RD+0.5mV） | |
| 直流电流 | ±（0.02%RD+1.5μA） | ±（0.02%RD+1.5μA） | |
| 直流电阻 | ±（0.04%RD）或±30mΩ （取二者的大值） | 4线制:±（0.03%RD+4mΩ） 3线制:±（0.03%RD+15mΩ） | |
| 热电势 | ±（0.02%热电势+4μV） | ±（0.02%热电势+4μV） | |
| 热电阻 | ±0.3℃ | ±0.3℃ | |
| 冷端温度补偿 | ±0.3℃ | ||
4.3 分辨力
校验仪各功能量程的实际分辨力应小于1.3d（d为该功能量程的显示分辨力）。
4.4 稳定性
校验仪在校准环境条件下，各功能量程1h内的短期稳定性应优于zui大允许误差的1/5。
4.5 绝缘电阻
在环境温度为15℃～35℃，相对湿度为45%～75%时，校验仪的输入、输出、电源和接地（外壳）端子相互之间的绝缘电阻应不小于50MΩ。
4.6 绝缘强度
在环境温度为15℃～35℃，相对湿度为45%～75%时，校验仪输入、输出、电源和接地（外壳）端子相互之间施加表2所规定的频率为50Hz的试验电压，历时1min应无击穿和飞弧现象。
表2 试验电压
| 校验仪端子标称电压/V | 试验电压/V |
| 0 < U < 60 | 500 |
| 60 ≤ U < 130 | 1000 |
| 130 ≤ U < 250 | 1500 |
5 校准条件
5.1 校准环境条件
环境温度：（23±2）℃，环境相对湿度：（45～75）%，校验仪周围除地磁场外，应无影响其正常工作的外磁场。电源电压变化不超过额定电压的±2%，电源频率变化不超过额定频率的±1Hz。
5.2 标准器及配套设备
5.2.1 标准仪器及配套设备的选择应满足标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度（k=2）小于校验仪对应功能的zui大允许误差值的1/3。
表3列出在校准校验仪各参数zui大允许误差（典型值）（见表1 ）时相对应的标准仪器及配套设备供参考选择（必要时，应考虑标准仪器及配套设备量值的修正值，以减小标准仪器及配套设备引入的测量不确定度）。
表3 校准用标准仪器及配套设备
| | 校准校验仪测量功能用标准器 | 校准校验仪输出功能用标准器 |
| 直流电压 | 直流低电势电位差计 不低于0.005级的直流标准电压源 | 不低于允差为±0.005%的数字多用表或校准仪 |
| 直流电流 | 不低于0.005级标准直流电流源 | |
| 直流电阻、热电阻 | 0.01级直流电阻箱 | |
| 热电势 | 直流低电势电位差计 不低于0.005级的直流标准电压源 | |
| 0℃恒温器（温度偏差不超过±0.05℃）或冰点槽； | ||
| 补偿导线（具有20℃修正值） | ||
| 冷端外部补偿 | 二等标准铂电阻温度计或二等标准水银温度计 | |
| 恒温槽（工作区域温差不超过±0.05℃） | ||
| 绝缘电阻 | 绝缘电阻表：直流电压500V，10级 | |
| 绝缘强度 | 耐电压试验仪 | |
5.2.2 分辨力校准时，所用标准仪器的分辨力应小于被校校验仪分辨力的1/5。
5.2.3 稳定性校准时，所用标准仪器的稳定性应高于被校校验仪稳定性5倍。
6 校准项目和校准方法
6.1 通用技术要求的检查
用目视和手动检查。
6.2 示值误差的校准
6.2.1 通电预热
接通电源， 按说明书要求的预热时间（未说明的按30min）预热后进行校准。
6.2.2 校准点的选择
校准点应按校准量程均匀分布，一般应包括上限值、下限值在内不少于6个点。
6.2.3 测量功能各档示值误差的校准
6.2.3.1 校准校验仪测量直流电压、测量直流电流和测量直流电阻的示值误差
连接导线
图1：校准测量直流电压的连接
连接导线
图2：校准测量直流电流的连接
连接导线
（a） 二线制
连接导线
（b）三线制
连接导线
（c）四线制
图3：校准测量直流电阻的连接
测量直流电压按图1，测量直流电流按图2、测量直流电阻根据不同线制按图3（a）（b）（c）所示将被校准的校验仪与标准器之间用导线连接，选择校验仪的功能和量程，按预先选定的校准点调节标准器的输出，观察校验仪的读数，等读数稳定后记下标准器的输出值和校验仪的读数值，则校验仪测量直流电压、测量直流电阻的示值误差按下式计算。
Δa = Ax - An （1）
式中：Δa —— 校验仪测量直流电压或测量直流电阻的示值误差；
Ax —— 校验仪测量直流电压或测量直流电阻时的示值；
An —— 标准器输出直流电压或测量直流电阻时的示值。
注：在校准测量直流电阻档时，二线制电阻应扣除引线电阻；三线制电阻三根连接导线阻值之差应不超过校验仪此项zui大允许误差的0.1。
测量直流电流的示值误差按下式计算。
Δi = Ix - Un /Rn （2）
式中：Δi —— 校验仪测量直流电流的示值误差；
Ix —— 校验仪测量直流电流的示值；
Un —— 数字电压表测量的直流电压示值；
Rn —— 标准电阻的电阻值。
6.2.3.2 校准校验仪测量热电偶信号的示值误差
一般选择使用6.2.3.2（a）来校准校验仪测量热电偶信号的示值误差，当只校准校验仪测量热电偶热电势及其与温度的换算关系时使用6.2.3.2 （b）来校准校验仪测量热电偶信号的示值误差。
一般应校准ITS-90温标中推荐使用的八种分度号（K、E、J、T、S、B、R、N）的热电偶信号，也可根据校验仪的实际情况或用户的要求选择校准部分分度号的热电偶信号。
（a） 校验仪使用冷端内部温度补偿时，如图4所示连接校验仪和标准器，选择校验仪的功能和量程，按预先选定的校准点温度查分度表，按分度表中各校准点温度所对应的电量值调节标准源的输出，观察校验仪的读数，等读数稳定后记下标准源的输出值对应的温度tn和校验仪的读数值tx，则校验仪的示值误差按下式计算。
Δt= tx - （tn + e / Si ） （3）
式中：Δt —— 校验仪测量热电偶信号的示值误差，℃；
tx —— 校验仪测量热电偶信号时的示值，℃；
tn —— 标准器输出热电势对应的温度值，℃；
e —— 补偿导线在20℃时的修正值，mV；
Si —— 热电偶特性曲线20℃测量点的斜率，mV/℃。
图4 校准校验仪测量热电偶信号（冷端内部温度补偿）的连接
（b） 校验仪使用冷端手动温度补偿时，如图5所示连接校验仪和标准器，选择校验表的功能和量程，将热电偶冷端温度补偿设为0℃，按预先选定的校准点温度查分度表，且调节标准源的输出，观察校验仪的读数，等读数稳定后记下标准源的输出值对应的温度tn和校验仪的读数值tx，则校验仪的示值误差按下式计算。
Δt= tx - tn （4）
式中：Δt —— 校验仪测量热电势的示值误差，℃；
tx —— 校验仪测量热电势时的示值，℃；
tn —— 标准器输出热电势对应的温度值，℃；
连接导线
图5校准校验仪测量热电偶信号（冷端手动温度补偿）的连接
6.2.3.3 校准校验仪测量热电阻的示值误差
按图3（a）、（b）（c）所示，将校验仪与直流电阻箱之间用导线连接，选择校验仪的功能和量程，一般选Pt100和Cu50档，按预先选定的校准点温度查分度表，按分度表中各校准点温度所对应的电量值调节电阻箱为校准点温度对应的电阻值，观察校验仪的读数，等读数稳定后记下电阻箱的输出值对应的温度ts和校验仪的示值td，则校验仪的示值误差按下式计算。
Δb = td - ts （5）
式中：Δb —— 校验仪测量热电阻的示值误差，℃；
td —— 校验仪测量热电阻时的示值，℃；
ts —— 标准器输出电阻对应的温度值，℃。
6.2.4 输出功能各档示值误差的校准
6.2.4.1 校准校验仪输出直流电压、输出直流电流和输出直流电阻的示值误差
连接导线
图6 校准输出直流电压的连接
校准输出直流电压如图6所示，将校验仪与数字多用表之间用导线连接，选择校验仪的功能和量程，按预先选定的校准点调节校验仪的输出，观察数字多用表的读数，等读数稳定后记下校验仪的输出值UX和数字多用表测得值UN，则校验仪输出直流电压的示值误差按下式计算。
ΔV = UX - UN （6）
式中：ΔV —— 校验仪输出直流电压的示值误差；
UX —— 校验仪输出直流电压的示值；
UN —— 标准器测量校验仪输出的直流电压的示值。
图7 校准输出直流电流的连接
校准输出直流电流如图7所示，将校验仪、标准电阻、负载电阻、数字多用表之间用导线连接，选择校验仪的功能和量程，按预先选定的校准点调节校验仪的输出，观察数字多用表的读数，等读数稳定后记下校验仪的输出值IX和数字多用表测得值UB，则校验仪输出直流电流的示值误差按下式计算。
ΔA = IX — UB /RB （7）
式中：ΔA —— 校验仪输出直流电流的示值误差；
Ix —— 校验仪输出直流电流的示值；
UB —— 数字多用表测量标准电阻两端的电压值；
RB —— 标准电阻电阻值。
图8 校准输出电阻的连接
校准输出电阻在校验仪说明书规定的允许电流范围内进行，如图8所示连接校验仪和测量设备，选择校验仪的功能和量程，调整电流源的输出电流在允许电流范围内，按预先选定的校准点调节校验仪的输出，观察数字多用表的读数，等读数稳定后记下校验仪的输出值RX和数字多用表测得值URX和URN，则校验仪输出电阻的示值误差按下式计算。
ΔR = RX - RN URX / URN （8）
式中：ΔR —— 校验仪输出电阻的示值误差，Ω；
RX —— 校验仪输出电阻示值，Ω；
RN —— 标准电阻值，Ω；
URX —— 校验仪输出端电压示值，mV；
URN —— 标准电阻两端电压示值，mV；
可在不同电流值下进行校准，取同一个校准点在不同电流值下的zui大示值误差为该校准点的示值误差。
6.2.4.2 校准校验仪输出模拟热电偶温度信号的示值误差
一般选择使用6.2.4.2.1来校准校验仪输出模拟热电偶信号的示值误差，当只校准校验仪输出热电偶热电势及其与温度的换算关系时使用6.2.4.2.2来校准校验仪输出模拟热电偶信号的示值误差。
校准ITS-90温标中推荐使用的八种分度号（K、E、J、T、S、B、R、N）的热电偶输出信号，也可根据校验仪的实际情况或用户的要求选择校准部分分度号的热电偶输出信号。
（a）冷端内部温度补偿的校验仪如图9所示连接校验仪和标准器，选择校验仪的功能和量程，校验仪按预先选定的校准点输出温度值tX，观察数字多用表的读数，等读数稳定后记下数字多用表的读数，根据分度表换算成对应的温度值tN，则校验仪的输出模拟热电偶温度信号的示值误差按下式计算。
ΔT = tX - （tN + e / Si ） （9）
式中：ΔT —— 校验仪输出热电偶温度的示值误差，℃；
tX —— 校验仪输出的热电偶温度示值，℃；
tN —— 标准器测得热电势对应的温度值，℃；
e —— 补偿导线在20℃时的修正值，mV；
Si —— 热电偶特性曲线各温度测量点的斜率，mV/℃。
图9校准校验仪输出热电偶信号（冷端内部温度补偿）的连接
（b）使用热电偶冷端手动温度补偿校验仪如图10所示，将校验仪与数字多用表之间连接，选择校验仪的功能和量程，选择热电偶冷端温度补偿为0℃，校验仪按预先选定的校准点温度输出，观察数字多用表的读数，等读数稳定后记下数字多用表的读数换算成对应的温度tN和校验仪的读数值tX，则校验仪的输出模拟热电偶温度信号的示值误差按下式计算。
ΔT = tX - tN （10）
式中：ΔT —— 校验仪输出热电势的示值误差，℃；
tX —— 校验仪输出温度值，℃；
tN —— 标准器测得热电势换算成温度值，℃；
铜导线
图10校准校验仪测量热电偶信号（冷端手动温度补偿）的连接
6.2.4.3 校准校验仪输出模拟热电阻温度信号的示值误差
在校验仪说明书规定的允许电流范围内进行，按图8所示连接校验仪和测量设备，选择校验仪的功能和量程，调整电流源的输出电流在允许电流范围内，按预先选定的校准点设定校验仪的输出，校验仪的温度信号输出值tD，等读数稳定后记下数字多用表在校验仪输出端测得的电压值UrX和在标准电阻Rn两端电压值UrN，计算得校验仪输出端模拟热电阻值为Rn UrX / UrN，按分度表换算成温度tS，则校验仪输出模拟热电阻温度信号的示值误差按下式计算。
ΔB = tD – tS （11）
式中：ΔB —— 校验仪输出模拟热电阻温度信号的示值误差，℃；
tD —— 校验仪输出模拟热电阻温度信号时的示值，℃；
tS —— 标准器测量的校验仪输出电阻对应的温度值，℃。
在不同电流值下进行校准，取同一个校准点在不同电流值下的zui大示值误差为该校准点的示值误差。
6.3 冷端外部温度补偿器示值误差
对于具有外部温度补偿器的校验仪，将外部温度补偿器的测温部分浸没在恒温槽中，校准温度点应均匀分布在整十温度点上（包括补偿温度上、下限），不得少于三个测量点（或根据用户要求增加测量点），按下式计算其示值误差：
Δc = ta - tb （12）
Δc —— 冷端外部温度补偿器示值误差
ta —— 校验仪显示的冷端温度
tb —— 二等标准铂电阻温度计测得恒温槽温度
取各测量温度下示值误差的zui大值作为该校验仪冷端外部温度补偿器示值误差。
6.4 分辨力试验
对参数直流电压、直流电流和电阻的zui高分辨力量程进行分辨力试验，设备连线方式同示值误差的校准。使校验仪在zui高分辨力量程末位变化一个字（即一个zui小变化量），标准器量值变化量的实际值，即为校验仪的实际分辨力。
6.5 稳定性试验
对各功能的zui高分辨力量程进行稳定性试验，设备连线方式同示值误差的校准。在被校量程的80%测量点进行稳定性试验。在校准校验仪输出功能下的各参数时，每隔10min记录一次标准器的显示值；在校准校验仪测量功能下的各参数时，每隔10min记录一次校验仪的显示值，共记录7次，各参数zui大值与zui小值之差值，即为校验仪该参数的稳定性。
6.6 绝缘电阻的校准
断开校验仪的电源，用绝缘电阻表按规定部位进行测量，测量时应稳定5s后读数。
6.7 绝缘强度的校准
断开校验仪的电源，按规定将校验仪的接线端子接入耐电压试验仪两极上，缓慢平稳地升至规定的电压值，保持1min，观察是否有击穿和飞弧现象。然后，将电压缓慢地降至零。
7 校准结果表达
根据校准结果，出具校准证书，所有校准项目及其结果均应在证书中反映。校准结果的表达按照JJF 1071—2000技术规范的要求。
8 复校时间间隔
复校时间间隔建议不超过1年，更换重要部件、维修或对仪器性能有怀疑时，应随时校准。
附录A
校验仪校准结果不确定度分析（示例）
A.1 校准对象
被校对象为FLUKE 724 温度校验仪，有冷端内部温度补偿。
A.2 标准器
校准用标准器：
（1） FLUKE 525 温度校准器；
（2） 美国KEITHELY公司2010型数字多用表；
（3） 0℃恒温器，±0.05℃；
（4） 补偿导线（带20℃时修正值）；
（5） 标准电阻100Ω，0.01级。
标准器技术性能见表1。
表1 标准器各参数zui大允许误差
| 参 数 | 测量 | 输出 |
| 直流电压（0～100.000） mV | 0.0037%RD+0.0009%FS（2） | 0.003%RD+0.003mV（1） |
| 直流电压（0～1.00000） V | 0.0025%RD+0.0002%FS（2） | 0.003%RD+0.02mV（1） |
| 电阻（0～400.00）Ω | 0.004%RD+0.003Ω（1） | 0.03Ω（1） |
| 热电阻Pt100 | 0.04℃（1） | 0.08℃（1） |
注：（1）和（2）分别表示FLUKE 525温度校准器和2010型数字多用表的技术指标。
A.3 数学模型
A.3.1 进行直流电压、直流电阻参数校准时
式中：a —— 直流电压、直流电阻参数示值误差；
—— 校验器示值；
—— 标准器示值。
A.3.2 进行直流电流参数校准时
式中：b —— 直流电流参数示值误差；
—— 校验器示值；
—— 数字电压表示值。
—— 标准电阻阻值。
A.3.3 进行热电偶温度校准时
式中：t —— 热电偶温度示值误差；
—— 校验器示值；
—— 标准器热电势对应的温度值；
e —— 补偿导线在20℃时的修正值；
—— 被校准温度点的微分电势。
A.4 不确定度评定汇总表（参考JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》）
| 不确定 度评定 | 测量功能 | 输出功能 | ||||||||||
| mV | mA | Ω | 热电偶K型 | 热电阻Pt100 | mV | mA | Ω | 热电偶K型 | 热电阻Pt100 | |||
| 不确定度来源 | 测量重复性（n =10） | u1= s | 0.0020 mV | 0．0004 mA | 0.004Ω | 0.0℃ | 0.00℃ | 0.0005 mV | 0.0005mA | 0.0007Ω | 0.024℃ | 0.001℃ |
| 分辨率 | x2 | 0．001 mV | 0．0001 mA | 0.01Ω | 0．001 mV | 0.01℃ | 0.001 mV | 0.0001mA | 0.001Ω | 0.001 mV | 0.01℃ | |
| k2 | | | | | | | | | | | ||
| u2 | 0.0006 mV | 0.00006 mA | 0.006Ω | 0.015℃ | 0.006℃ | 0.0006 mV | 0.00006 mA | 0.0006Ω | 0.015℃ | 0.006℃ | ||
| 标准器示值误差 | x3 | 0.0060mV | 0.001mA | 0.03Ω | 0.0043mV | 0.08℃ | 0.0046 mV | 0.001mA | 0.02Ω | 0.0026 mV | 0.04℃ | |
| k3 | | | | | | | | | | | ||
| u3 | 0.0035mV | 0.0006mA | 0.017Ω | 0.07℃ | 0.046℃ | 0.0027 mV | 0.0006mA | 0.011Ω | 0.04℃ | 0.023℃ | ||
| 0℃恒温器 | x5 | —— | —— | —— | 0.05℃ | —— | —— | —— | —— | 0.05℃ | —— | |
| k5 | —— | —— | —— | | —— | —— | —— | —— | | —— | ||
| u5 | —— | —— | —— | 0.03℃ | —— | —— | —— | —— | 0.03℃ | —— | ||
| 补偿导线修正值 | x6 | —— | —— | —— | 0.1℃ | —— | —— | —— | —— | 0.1℃ | —— | |
| k6 | —— | —— | —— | | —— | —— | —— | —— | | —— | ||
| u6 | —— | —— | —— | 0.06℃ | —— | —— | —— | —— | 0.06℃ | —— | ||
| 合成不确定度uc | 0.0035mV | 0.0007mA | 0.018Ω | 0.11℃ | 0.047℃ | 0.0027 mV | 0.0008mA | 0.011Ω | 0.08℃ | 0.024℃ | ||
| 扩展不确定度U（k=2） | 0.007mV | 0.0014mA | 0.04Ω | 0.2℃ | 0.09℃ | 0.006 mV | 0.0016mA | 0.02Ω | 0.2℃ | 0.05℃ | ||
注：测量重复性与分辨率引入的分量取大者计入合成不确定度，不重复计算。