恒温槽测试规范宣贯讲义

《JJF1030-2010恒温槽技术性能测试规范》宣贯讲义全国温度计量技术委员会编制《JJF1030-2010恒温槽技术性能测试规范》编制说明2008年11月国家质检总局将《恒温槽技术性能测试规范》列入2009年修订计划，并通过全国温度计量技术委员会下达任务。

从2008年底，我们陆续向全国近三十家省级计量部门以及航空、航天、气象等行业计量主管部门发放了征求对原有《JJF1030-1997恒温槽技术性能测试规范》意见的函，上述单位先后通过电话、电子邮件等方式予以回复。

主要对原有《JJF1030-1997恒温槽技术性能测试规范》所采用的测试方法等提出了质疑，希望进行实质性的修改。

根据大家反映的意见，我们查阅了以往由中国计量科学研究院编辑、审定的一些权威资料以及国内外相关标准，同时征求了一些计量部门的意见，并进行了比较多的试验，验证了一些实际存在的问题。

提出了比较合理、适用的测试方法。

1、新修订规范依据国家计量校准编写规范编写。

2、新修订规范所定义的恒温槽是以液体为导热介质，通过温度控制系统以及搅拌或射流装置的作用，达到设定温度，并保持其内部工作区域的温度稳定均匀，主要用做检定校准各类温度计或其它计量器具所需要的恒温设备。

如恒温水槽、恒温油槽、低温槽、酒精槽等。

恒温槽不仅广泛用于温度计的检定，也是检定标准电池、标准电阻的必要恒温设备。

用于检定温度计的恒温槽温度范围比较宽，温度范围至少从几十℃到一百℃以上；而用于检定标准电阻、标准电池的恒温槽温度比较固定，基本上在20℃±10℃以内，两者的工作原理和功能一样，只是在内部结构上稍有差别。

检定温度计用恒温槽的工作区域占全部容积的一半左右甚至更少，检定标准电池、标准电阻用恒温槽的工作区域占全部容积的一半以上。

目前恒温槽常用导热介质有水、酒精、花生油等植物油、基础油、气缸油、甲基硅油、变压器油等。

恒温槽按强制导热介质循环方式的不同可分为（下）磁力搅拌式、侧搅拌式、射流式等。

根据大家的建议，考虑到目前实际情况和今后技术发展，在概述中，注明热管槽的测试也可以参考新修订规范。

3术语：3．1新修订规范对恒温槽工作区域的定义与现行很多温度计检定规程的定义有所区别。

新修订规范定义的恒温槽工作区域是指能保证恒温槽温度技术特性的区域，这是由生产厂家设计、制造决定的，所以在对恒温槽进行性能测试时应采用新修订规范的定义；在现行很多温度计检定规程中，都注明恒温槽工作区域为标准温度计和被检温度计的感温端顶部所能触及的最大范围，这是指作为标准配套设备的恒温槽应满足的要求。

如目前广泛用于检定一、二等标准水银温度计或使用一、二等标准水银温度计做标准器的恒温槽工作区域一般在距液面15 cm～45cm范围(个别标准水银温度计甚至将近50cm)。

如根据“JJF1033-2007计量标准考核规范”对温度标准器进行考核时，应按照现行相关温度计检定规程要求，考虑现有恒温槽工作区域能否满足相应温度计检定的要求。

3．2 在新修订规范中使用恒温槽温度波动性和恒温槽温度均匀性两个名词术语。

既考虑了通用计量名词术语的规定也兼顾了一些实际特点。

4、测试条件4.1 环境条件原规范没有对环境条件进行要求，但在实际工作中发现环境条件对恒温槽的使用及温场测试都有比较大的影响。

目前没有恒温槽国家标准，只有行业标准。

不同恒温槽制造企业在设计、生产工艺等的差异，对环境温度、环境湿度的要求也有所不同。

不同控温范围对环境温度、环境湿度要求也不同。

如制冷类型的恒温槽需要较低的环境温度，较低的环境湿度（一般≤30℃，≤85%RH），以保证足够的降温速率，达到下限温度。

而加热类型的恒温槽需要适当高的环境温度（≥15℃），以保证适当的升温速率，达到上限温度。

在恒温槽实际使用和温场测试过程中，经常遇到一些极端情况，比如在北方和南方部分地区的冬季，没有供暖设施或供暖能力不足的实验室，使用恒温槽（特别是水槽）经常会出现升温速率太慢，甚至不能达到上限（95℃）的情况。

在高温潮湿的夏季，当实验室温度在35℃左右甚至更高时（此时相对湿度也经常在80%以上），部分制冷低温槽降温速率很慢，甚至不能达到下限（如-60℃、-80℃）。

因此应该对测试环境进行必要的规定。

行业标准和部分企业标准相关内容见表1。

从表1中可见，行业标准和部分企业标准对恒温槽环境条件的规定有较大区别，所以新修订规范除作出一般规定外还允许按照恒温槽使用说明书中的要求。

在恒温槽测试过程中所使用的电测设备有测温电桥、数字多用表、专用温场测试设备等，这些设备对环境温度、环境湿度的要求也有所不同，部分电测设备对环境条件的要求见表2。

为保证测试结果真实可靠，新修订规范对使用环境条件除作出一般规定外还允许按照电测设备使用说明书中的要求。

4.2 测量用标准器和配套电测设备目前常用温场测试用标准器有标准铂电阻温度计、金属套管封装（包括铠装）铂热电阻，配套电测设备有测温电桥、高精度数字多用表、高精度数字温度计、专用温场测试设备等。

详细使用情况见表3。

表1部分企业标准和行业标准对恒温槽环境条件的规定表2部分电测设备对环境条件的要求表3常用测量用标准器和配套电测设备相关特性一览表在若干年前，计量部门一般都采用标准铂电阻温度计做温场测试标准器，但由于标准铂电阻温度计采用石英套管封装，存在着易损坏的缺陷。

同时近年来随着标准铂电阻温度计价格的高涨，以及恒温槽测试数量的大幅度增加，使用标准铂电阻温度计可能造成的损坏风险越来越大，一些计量部门已使用经过挑选的金属套管封装（包括铠装）的高稳定性铂热电阻做标准器。

在参考资料2《温度计量测试丛书（四）玻璃液体温度计》中，推荐在水三相点、锡凝固点等固定点处进行稳定性考核，筛选温度计。

但仅在水三相点、锡凝固点等固定点处进行稳定性考核，也有所欠缺。

第一、水三相点、锡凝固点容器温度阱上端口到温度计手柄处温度比较低（在0℃-100℃范围内），一般与环境温度比较接近，环境温度也比较稳定，热电效应不明显。

而恒温槽使用温度从-80℃到300℃，不仅与环境温度相差较大，而且受环境影响（如强排风等）液面以上环境温度也不稳定，部分金属套管封装（包括铠装）的铂热电阻在引线与导线连接处，由于材料和工艺质量原因，热电效应明显。

导致测量结果的偏离且不稳定。

在参考资料4《温度计量》中有这方面详细说明。

第二、由于电机的搅拌作用，恒温槽在工作时始终处于振动中，振动对部分铂热电阻的影响，也可能导致测量结果的偏离。

在进行恒温槽温场均匀性测试时，工作区域上水平面一般在距液面深度15cm左右，而下水平面深度一般在45cm左右。

标准铂电阻温度计采用石英套管封装，主要是为了减少外套管散热对测量结果的影响。

温度计插入的深度越浅、测量温度与环境温度的差距越大，则外套管散热对测量结果的影响也就越大。

我们专门在200℃左右进行了石英套管封装铂电阻温度计与铠装铂电阻温度计测量温场的比对试验，试验结果表明，在同样环境条件下（环境温度25℃，室内基本封闭无明显空气流动情况），在200℃左右，使用石英套管的标准铂电阻温度计测量恒温槽上下水平面温差为-0.011℃。

使用金属套管铂热电阻温度计测量同一恒温槽相同位置的垂直温场，测量结果为-0.018℃，偏离幅度已经很大了。

（在新规范修订过程中，部分恒温槽生产企业也持上述观点）。

综上所述，考虑到实际使用环境、铂热电阻产品质量以及外套管散热的影响等因素，我们认为一般金属套管封装（包括铠装）铂热电阻不适宜进行较高精度的温场测试。

目前实际使用的电测设备除测温电桥、高精度数字多用表外，还有高精度数字温度计、专用高精度温场测试设备等。

某些高精度数字温度计、专用高精度温场测试设备的技术性能比较先进可靠，可以用于恒温槽温场测试；但也有一些数字温度计、专用温场测试设备的技术性能，特别是稳定性等不太理想。

由于目前我国还没有针对标准铂电阻温度计以外的所谓高精密铂电阻温度计的相关检测、评价标准，金属套管（包括铠装）铂热电阻温度计的产品质量也不规范、统一。

高精度数字温度计、专用温场测试设备等也没有相应的国家标准或检定规程。

为保证恒温槽性能测试的规范和统一，新修订规范规定温场测试的标准器和电测设备为标准铂电阻温度计和相应的测温电桥，同时在备注中注明“也可以使用满足下列要求的其它测量系统：由标准器、电测仪器以及配套设备所引入的扩展不确定度，应符合对被测恒温槽波动性和均匀性的测量要求（即不确定度值不大于稳定性和均匀性绝对值的1/3）。

并注明必须使用外套管材质相同的两支铂热电阻温度计。

使用金属套管铂电阻温度计测量垂直温场时，应考虑温度计自身漏热影响。

相关检定规程对恒温槽技术性能的要求见表4和表5。

在上世纪八、九十年代以前，恒温槽被分为标准恒温槽、工业用恒温槽，技术性能有较大差别。

随着电子技术发展及恒温槽结构的不断改进，恒温槽的技术性能都有了明显的提高，无论是稳定性还是均匀性，绝大多数恒温槽的技术性能都可以满足二等水银温度计或铂热电阻的检定要求。

恒温槽也不再被分为标准和工业用。

所以对恒温槽测试用标准器及电测设备的要求也应统一、规范。

原规范中还推荐使用标准水银温度计做标准器，但由于标准水银温度计要以全浸方式使用，受露出液柱长度的影响，无论进行垂直方向还是水平方向的温场测试，都有很大的局限性；同时标准水银温度计读数过程中还可能存在至少十分之一到十分之二分度值的估读误差，仅此项误差就可能达到0.01℃甚至0.02℃；另外标准水银温度计存在比较明显的滞后。

在实际测试工作中几乎没有人使用水银温度计进行温场测试。

所以在新修订规范中，没有推荐标准水银温度计做测试用标准器。

5测试项目和测试方法5．1目前尚没有恒温槽国家标准，仅有行业标准。

现行行业标准中的测试项目有稳定性、均匀性、升（降）温时间、水泵流量、槽体侧表面温度、工作室的深度、绝缘电阻、绝缘强度、连续工作时间等技术性能的要求。

（恒温槽国家标准目前正处于报批阶段，其检测内容与行业标准内容相近）。

原规范中只要求进行稳定性、均匀性的测试。

我们认为目前在计量领域内，恒温槽的主要技术性能就是温度波动性和均匀性，其它性能基本都可以满足使用要求，没有必要进行专门的测试。

所以新修订规范规定的测试项目仍为温度波动性和均匀性。

表4部分温度检定规程对恒温槽技术性能的要求单位℃5测试项目和测试方法5．1目前尚没有恒温槽国家标准，仅有行业标准。

现行行业标准中的测试项目有稳定性（波动性）、均匀性、升（降）温时间、水泵流量、槽体侧表面温度、工作室的深度、绝缘电阻、绝缘强度、连续工作时间等技术性能的要求。

（恒温槽国家标准目前正处于报批阶段，其检测内容与行业标准内容相近）。

原规范中只要求进行波动性、均匀性的测试。

我们认为目前在计量领域内，恒温槽的主要技术性能就是波动性和均匀性，其它性能基本都可以满足使用要求，没有必要进行专门的测试。