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償功能，可以不用外接冷端補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)崽幚怼JB 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，下限值只進行下行程的檢定，上限值只進行上行程的檢定。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進行檢定，僅進行一個循環(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償導(dǎo)線修正值)，JJF 1664-2017采用四次平均值進行計算，如式(2)。JJG 617-1996基本誤差計算參照式(3)進行，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)各被校刻度線中心(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)各被校刻度線中心(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行了對比，對實際校準(zhǔn)中的易錯點進行了概括，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)
