恒温式量热仪校准精密温度计的可行性研究

李超; 曾麟; 陈岳飞; 罗建明

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0521

恒温式量热仪校准精密温度计的可行性研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0521

李超^1,,
曾麟²,
陈岳飞²,
罗建明^2, ,

1.
郴州市计量测试检定所，郴州 423000
2.
湖南省计量检测研究院，长沙 410014

基金项目: 国家重点研发计划（2018YFF01014005）；湖南省市场监督管理局科技计划 (2021KJJH57)。

详细信息

作者简介:
李超（1967-），郴州市计量测试检定所高级工程师，研究方向：产业计量与计量检测，邮箱：545802130@qq.com

通讯作者:
罗建明(1965-)，湖南省计量检测研究院教授级高级工程师，研究方向：煤质分析仪器、热工仪器研制，邮箱：619578085@qq.com

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2021-06-08
- 录用日期: 2022-04-07
- 网络出版日期: 2022-07-14

Feasibility Study for Calibration of Precision Thermometers With Thermostatic Calorimeters

1.
Chenzhou Institute of Metrology Testing and Inspection, Chenzhou 423000, China
2.
Hunan Institute of Metrology and Test, Changsha 410014, China

摘要

摘要: 随着测温精度高达1 mK甚至0.1 mK的精密温度计在实验设备和航空航天装备上的大量应用，对精密温度计量值溯源中使用的恒温槽的控温精度提出了更高要求，需要研究一种控温精度小于万分之一的恒温槽来满足其量值溯源需求。利用恒温式量热仪控温模式搭建检测精密温度计恒温槽的模型，通过理论分析和实验验证，该恒温槽模型可满足测温精度为1 mK甚至0.1 mK的精密温度计的校准要求。
- 测温精度 /
- 温度波动 /
- 随机误差 /
- 置信区间 /
- 恒温槽 /
- 热容量
Abstract: With the large-scale application of precision thermometers with a temperature measurement accuracy of up to 1 mK or even 0.1 mK in experimental equipment and aerospace equipment, higher requirements are placed on the temperature control accuracy of the thermostatic bath used in the traceability of precision temperature measurement values. A thermostatic bath with a temperature control accuracy of less than 1/10,000 to meet the traceability requirements of its value. In this paper, the model of the thermostatic bath for testing precision thermometers is built by using the thermostatic calorimeter temperature control mode, and through theoretical analysis and experimental verification, the thermostatic bath model can meet the calibration requirements of precision thermometers with a temperature measurement accuracy of 1 mK or even 0.1 mK.
- temperature measurement accuracy /
- temperature fluctuations /
- random error /
- confidence interval /
- thermostatic bath /
- thermal capacity

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图 1 变温槽结构图

Figure 1. Structure diagram of variable temperature tank

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图 2 变温槽内桶温度曲线

Figure 2. The temperature curve of the barrel in the variable temperature tank

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图 3 样品测试温度曲线

Figure 3. Temperature curve of sample test

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图 4 数字温度计实测结果

Figure 4. Measured results of digital thermometer

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图 5 真值的数据拟合直线

Figure 5. Data fitting line of truth value

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图 6 恒温式量热仪结构示意图

Figure 6. Schematic diagram of termostatic calorimeter

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图 7 温度变化图

Figure 7. The chart of temperature change

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图 8 真值的拟合直线

Figure 8. Fittedstraight line for truth values

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表 1 恒温槽常用介质使用温度范围

Table 1. Operating temperature range of common medium in thermostatic bath

介质名称	温度范围
水	（室温+5℃）～95℃
酒精（75%, V/V）	−30℃～20℃
酒精（>95%, V/V）	−80℃～20℃
防冻液	−40℃～110℃
食用油	90℃～200℃
变压器油	（室温+5℃）～150℃
基础油、汽缸油	150℃～300℃
甲基硅油10 cs	−40℃～20℃
甲基硅油100 cs	30℃～200℃

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表 2 待测数字温度计采集的温度统计表

Table 2. The temperature statistics collected by the digital thermometer to be tested

时间（s）	采集温度（℃）	时间（s）	采集温度（℃）
1	31.36959	21	31.37135
2	31.36979	22	31.37145
3	31.36995	23	31.37154
4	31.36997	24	31.37167
5	31.37001	25	31.37177
6	31.37014	26	31.37177
7	31.37017	27	31.37193
8	31.37038	28	31.372
9	31.37037	29	31.37208
10	31.37048	30	31.3722
11	31.37057	31	31.37222
12	31.37068	32	31.37237
13	31.37079	33	31.3724
14	31.37086	34	31.37252
15	31.37093	35	31.37253
16	31.37101	36	31.37261
17	31.37111	37	31.37275
18	31.37117	38	31.37282
19	31.37128	39	31.3729
20	31.37135	40	31.373

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表 3 待测数字温度计精度分析

Table 3. Accuracy analysis of digital thermometer to be tested

序号	实测（℃）	真值（℃）	误差（℃）	序号	实测（℃）	真值（℃）	误差（℃）
1	31.36959	31.36980003	0.00021003	21	31.37135	31.37140803	0.00005803
2	31.36979	31.36988043	0.00009043	22	31.37145	31.37148843	0.00003843
3	31.36995	31.36996083	0.00001083	23	31.37154	31.37156883	0.00002883
4	31.36997	31.37004123	0.00007123	24	31.37167	31.37164923	−0.00002077
5	31.37001	31.37012163	0.00011163	25	31.37177	31.37172963	−0.00004037
6	31.37014	31.37020203	0.00006203	26	31.37177	31.37181003	0.00004003
7	31.37017	31.37028243	0.00011243	27	31.37193	31.37189043	−0.00003957
8	31.37038	31.37036283	−0.00001717	28	31.37200	31.37197083	−0.00002917
9	31.37037	31.37044323	0.00007323	29	31.37208	31.37205123	−0.00002877
10	31.37048	31.37052363	0.00004363	30	31.37220	31.37213163	−0.00006837
11	31.37057	31.37060403	0.00003403	31	31.37222	31.37221203	−0.00000797
12	31.37068	31.37068443	0.00000443	32	31.37237	31.37229243	−0.00007757
13	31.37079	31.37076483	−0.00002517	33	31.37240	31.37237283	−0.00002717
14	31.37086	31.37084523	−0.00001477	34	31.37252	31.37245323	−0.00006677
15	31.37093	31.37092563	−0.00000437	35	31.37253	31.37253363	0.00000363
16	31.37101	31.37100603	−0.00000397	36	31.37261	31.37261403	0.00000403
17	31.37111	31.37108643	−0.00002357	37	31.37275	31.37269443	−0.00005557
18	31.37117	31.37116683	−0.00000317	38	31.37282	31.37277483	−0.00004517
19	31.37128	31.37124723	−0.00003277	39	31.37290	31.37285523	−0.00004477
20	31.37135	31.37132763	−0.00002237	40	31.37300	31.37293563	−0.00006437
s				0.00005920
μ				31.3713
查表t_0.01（39）				2.708

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