氣象計量標(biāo)準(zhǔn)器通用技術(shù)要求 溫度 編制說明

通用技術(shù)要求溫度》編制說明一、工作簡況(包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、主要工作過程、主要起草人及其所做的工作等)；1.任務(wù)來源本文件由全國氣象儀器與觀測方法標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC507)提出并歸口，項目于2021年批準(zhǔn)立項(國標(biāo)委發(fā)〔2021〕12號)，項目編號：20211194-T-416，計劃項目名稱《氣象計量標(biāo)準(zhǔn)器通用技術(shù)要求溫度》。該項目由中國氣象局氣象探測中心崇偉負(fù)責(zé)，第一起草單位為中國氣象局氣象探測中心。2.協(xié)作單位協(xié)作起草單位為浙江省大氣探測技術(shù)保障中心，中國人民解放軍61540部隊，遼寧省氣象裝備保障中心。3.標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所做的工作本文件的主要起草人包括：崇偉，陳曦，羅昶，趙旭，邊澤強，張本志，張建磊，李穎沖，姜明波，李松奎，沙莉，朱明宇，其分工如下：姓名單位職稱分工崇偉中國氣象局氣象探測中心高級工程師負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)總體編寫，提出標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、主要內(nèi)容，完成初稿、編制說明、征求意見稿的編寫工作等，協(xié)調(diào)工作組成員工作高級工程師負(fù)責(zé)收集、整理相關(guān)資料文獻，參與標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容起草，對標(biāo)準(zhǔn)編寫提供技術(shù)支持，修改初稿和征求意見稿羅昶浙江省大氣探測技術(shù)保障中心高級工程師趙旭中國氣象局氣象探測中心高級工程師負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和術(shù)語部分起草，參與標(biāo)準(zhǔn)起草過程中的討論邊澤強高級工程師張本志高級工程師負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場景研究，負(fù)責(zé)提出標(biāo)準(zhǔn)適用性意見張建磊中國氣象局綜合觀測司高級工程師李穎沖高級工程師姜明波中國人民解放軍61540部隊高級工程師對標(biāo)準(zhǔn)編寫提供技術(shù)支持，修改初稿和征求意見稿李松奎中國氣象局氣象探測中心工程師沙莉遼寧省氣象裝備保障中心高級工程師參與標(biāo)準(zhǔn)起草過程中的討論，梳理修改專家意見和預(yù)審會專家意見朱明宇工程師4.主要工作過程(1)成立起草組、召開啟動部署會、任務(wù)分工、制定工作計劃22021年10月，項目組召開了標(biāo)準(zhǔn)編制工作部署會，成立了編寫組，明確了編寫組人員分工任務(wù)，確定了標(biāo)準(zhǔn)編制編寫原則和總體思路，制定工作進度計劃。(2)組織調(diào)研、研討咨詢、確定總體思路2021年11-12月，完成標(biāo)準(zhǔn)編寫的前期準(zhǔn)備工作，研究學(xué)習(xí)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等文件，調(diào)查氣象氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)現(xiàn)狀，詳細(xì)研討目前氣象氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)參數(shù)，廣泛征求各方意見，初步確定本文件具體適用范圍、編制思路、總體框架和內(nèi)容。(3)技術(shù)參數(shù)的試驗、分析和驗證2022年1-6月，項目組根據(jù)前期調(diào)研的情況，又組織相關(guān)專家對標(biāo)準(zhǔn)編制的工作進展進行研討，以JJG160—2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程為基礎(chǔ)，開展了大量的實驗、研究和分析，通過上述大量實驗，項目組對本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各項技術(shù)參數(shù)進行了驗證研究，證明了本標(biāo)準(zhǔn)確定的各項技術(shù)參數(shù)的可行性。(4)完成初稿編寫2022年7月，項目組召開會議，對前期試驗進行了總結(jié)，根據(jù)各項性能測試結(jié)果，完成國家標(biāo)準(zhǔn)《氣象計量標(biāo)準(zhǔn)器通用技術(shù)要求溫度》初稿和編制說明的編寫。(5)完成征求意見稿2022年8-12月，根據(jù)GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，對《氣象計量標(biāo)準(zhǔn)器通用技術(shù)要求溫度》初稿進行了修改，形成了征求意見稿。同時，對標(biāo)準(zhǔn)編制說明進行完善，增加了相應(yīng)的工作內(nèi)容。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容(如技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、公式、性能要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等)的論據(jù)(包括試驗、統(tǒng)計數(shù)據(jù))，修訂標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)增列新舊標(biāo)準(zhǔn)水平的對比；1.編寫原則本文件以GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》為基礎(chǔ)，遵照我國相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章、技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范，以及氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的特點，以大量的試驗數(shù)據(jù)和長期以來對自動標(biāo)準(zhǔn)氣壓發(fā)生器的計量測試經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過廣泛調(diào)研，本著完整性、統(tǒng)一性、科學(xué)性、開放性和實用性為基本原則進行編制。2.主要內(nèi)容(1)標(biāo)準(zhǔn)的編制依據(jù)本文件編寫的格式遵從GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求。本文件的內(nèi)容主要依據(jù)以下文件的相關(guān)規(guī)定：GB/T1.1標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則GB/T37467—2019氣象儀器術(shù)語JJF1001—2011通用計量術(shù)語及定義JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示JJG160—2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程(2)確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)1)分類主要內(nèi)容：根據(jù)計量性能不同，氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器分為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀。依據(jù)分析：我國氣象計量技術(shù)機構(gòu)由國家氣象計量站和31個省級氣象計量站構(gòu)成，目前國家氣象計量站主要配置一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計作為國家級氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)，31個省級氣象計量站配備有一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀等作為省級氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)。同時，參考《JJG(氣象)002-2015自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程》，其主標(biāo)準(zhǔn)器為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀可選，因此本文件中對氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器的分類規(guī)定為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀。2)一般要求主要內(nèi)容：5.1.1氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)標(biāo)有制造廠的銘牌標(biāo)志、出廠編號。5.1.2氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器感溫元件的支撐骨架應(yīng)完整無裂痕，保護管內(nèi)不應(yīng)有任何碎片，各部件之間應(yīng)固定牢固。5.1.3氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器外護管的長度為470mm±10mm，其外徑均小于6mm~7.5mm，管的外壁需進行以抑制熱輻射的處理。感溫元件應(yīng)位于保護管頂端起60mm范圍內(nèi)。5.1.4氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器外套應(yīng)干凈，無油污或其他附著物。5.2.1氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器感溫元件應(yīng)采用無應(yīng)力結(jié)構(gòu)，溫度變化時感溫元件應(yīng)能自由膨脹和收縮。5.2.2氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器為四端電阻器，即從感溫元件兩端各引出兩根引線，外引線末端應(yīng)焊接紫銅接線片。5.2.3氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器的外護管應(yīng)密封，管內(nèi)應(yīng)充含有氧氣的干燥空氣。外護管不得有破損、劃痕及析晶。4依據(jù)分析：氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器主要為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀，三者關(guān)鍵器件都是鉑電阻溫度計，本節(jié)在外觀和結(jié)構(gòu)部分主要規(guī)定了鉑電阻溫度計的外觀和結(jié)構(gòu)要求，適用于一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和鉑電阻測溫儀。3)計量性能要求主要內(nèi)容：6.1標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計6.1.1電阻特性氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)時的標(biāo)稱電阻值應(yīng)為25Ω或100Ω，應(yīng)分別滿6.1.2感溫元件技術(shù)條件氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器的鉑絲感溫元件必須滿足下列兩個條件之一：a)氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在鎵熔點(29.7646℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)時的標(biāo)稱電阻值的比值應(yīng)不小于1.11807。b)氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在汞三相點(-38.8344℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)時的標(biāo)稱電阻值的比值應(yīng)不小于0.844235。.3穩(wěn)定性首次檢定的氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性要求首次檢定的氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器先在600℃退火4h，再在600℃退火100h，兩次退火前后穩(wěn)定性應(yīng)不超過表1規(guī)定的數(shù)值。表1首次檢定的氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性要求項目穩(wěn)定性要求一等標(biāo)準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)的電阻值4.0mK8.0mK氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在鋁凝固點(660.323℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值10.0mK20.0mK5氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在鋅凝固點(419.527℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值8.0mK16.0mK相鄰周期檢定結(jié)果的穩(wěn)定性要求在氣象觀測所要求的上限溫度退火2h后，在各個固定點溫度上連續(xù)復(fù)現(xiàn)兩次，兩次復(fù)現(xiàn)結(jié)果之差的絕對值換算成溫度值應(yīng)不超過表2規(guī)定的數(shù)值。在檢定過程中多次測量氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)的電阻值之間的最大差值的絕對值，換算成溫度值應(yīng)不超過表2規(guī)定的數(shù)值。表2使用中的氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性要求項目各固定點分度多次的差值相鄰兩個周期檢定結(jié)果的差值一等標(biāo)準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)一等標(biāo)準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)的電阻值2.5mK5.0mK5.0mK10mK氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在銦凝固點(156.598℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值比值1.8mK3.6mK7.0mK14mK氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在鎵熔點(29.7646℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值比值1.5mK3.0mK4.0mK8.0mK氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在汞三相點(-38.8344℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值比值1.8mK3.0mK5.0mK10mK氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在氬三相點(-189.3442℃)的電阻值與其在水三相點(0.01℃)的電阻值比值3.0mK6.0mK8.0mK16mK6.1.4熱電性能自熱效應(yīng)：在水三相點溫度測量的自熱效應(yīng)換算成溫度值應(yīng)不超過表3的規(guī)定。6表3自熱效應(yīng)及熱電勢項目一等標(biāo)準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)自熱效應(yīng)/mK3.04.0.4.2熱電勢：氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在上限凝固點時溫度計任意兩引線間的熱電勢應(yīng)不超絕緣電阻：氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在環(huán)境溫度下手柄的金屬外殼和引線之間的電阻不應(yīng)小于200MΩ。依據(jù)分析：依據(jù)《JJG160—2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程》對鉑電阻溫度計的計量特性規(guī)定要求。主要內(nèi)容：6.2鉑電阻測溫儀最大允許誤差：0.05℃。依據(jù)分析：依據(jù)《JJG(氣象)002-2015自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程》對氣象觀測傳感器計量檢定所需計量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。三、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟論證，預(yù)期的經(jīng)濟效果；1.試驗驗證本文件中主要試驗驗證一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的穩(wěn)定性技術(shù)要求。該部分內(nèi)容試驗測試樣本為國家氣象計量站測試過的一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計。計量標(biāo)準(zhǔn)器名稱、編號年月氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)時的標(biāo)稱電阻值數(shù)據(jù)來源比照上次檢定結(jié)果的變化量(mK)一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(No.10395)2018.3.2925.2803上級檢定2019.6.1925.28027期間核查-0.32019.10.3025.28027期間核查-0.32020.3.2925.2804上級檢定+1.0一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計2018.11.2725.6155上級檢定2019.6.1925.61546期間核查-0.4(No.173330)2020.3.1725.61575期間核查+2.5一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(No.181227)2018.11.2725.4232上級檢定2019.6.1925.42333期間核查+1.32020.3.1725.42331期間核查+1.1一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(No.181231)2018.11.2725.4485上級檢定2019.6.1925.44853期間核查+0.32020.3.1725.44854期間核查+0.4經(jīng)過計算，本計量標(biāo)準(zhǔn)各個氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器在水三相點(0.01℃)時的標(biāo)稱電阻值漂移量均小于5mK，符合《JJG160-2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計》檢定規(guī)程條目對一等標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性要求。2、綜述報告2.1我國氣象溫度計量現(xiàn)狀計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動，它包括科學(xué)技術(shù)上的、法律法規(guī)上的和管理上的一系列活動。計量標(biāo)準(zhǔn)是用于日常校準(zhǔn)或核查實物兩具、測量儀器或參考物質(zhì)的測量標(biāo)準(zhǔn)。在國家計量檢定系統(tǒng)中，計量標(biāo)準(zhǔn)位于基準(zhǔn)之下、工作計量器具之上，標(biāo)準(zhǔn)可以是計量器具，也可以是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生的穩(wěn)定、均勻、量值可知的物理量條件。標(biāo)準(zhǔn)是分等級的，通常由一等、二等，三等標(biāo)準(zhǔn)則很少使用。一般，標(biāo)準(zhǔn)器的動態(tài)特性與工作計量器具不同，并不一定符合實際使用要求。因此，標(biāo)準(zhǔn)器只能用于計量檢定中的量值傳遞，而不應(yīng)作為工作計量器具使用。例如：二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計作為氣象觀測使用，由于其時間常數(shù)較小，所測量的溫度值就會有較大的脈動，其測量結(jié)果雖然具有較高的準(zhǔn)確度，卻不符合WMO關(guān)于氣象觀測資料的“代表性”和“比較性”要求，不能作為氣象觀測網(wǎng)中的氣溫觀測值使用。自上世紀(jì)50年度以來，我國就建立了由國家氣象計量站和31個省級氣象計量站構(gòu)成的氣象計量體系，國家氣象計量站建立并保持氣象部門最高計量標(biāo)準(zhǔn)，31個省級氣象計量站建立并保持所在省氣象部門計量標(biāo)準(zhǔn)，省級氣象計量標(biāo)準(zhǔn)溯源至國家級計量標(biāo)準(zhǔn)，并傳遞至氣象觀測儀器。目前，中國計量科學(xué)研究院保存的鉑電阻溫度計是溫度傳遞的基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。國家氣象計量站溫度實驗室建立并保持的氣象溫度溫度計量標(biāo)準(zhǔn)，是我國氣象部門的最高標(biāo)準(zhǔn)。由主標(biāo)準(zhǔn)器一等鉑電阻溫度計(不確定度0.007℃)及配套設(shè)備6015T型全自動測溫電橋和917/L型低溫恒8溫檢定槽等組成，可開展一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計、二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計、玻璃液體溫度計、雙金屬片溫度計、電測溫度儀、數(shù)字式溫度儀等溫度儀器的檢測工作。加拿大MI公司6015T型全自動測溫電橋(附4210A型低熱電勢10路掃描開關(guān)，如圖1所示)技術(shù)指標(biāo)為：(1)精度：<0.02PPM(2)噪聲：<2nV(3)分辨力：0.001PPM(全量程)(4)平衡時間：20秒(5)測量范圍：0.1Ω-1KΩ(6)線性：<0.01PPM(7)穩(wěn)定性：<0.01PPM/年圖16015T型全自動測溫電橋英國愛松特(ISOTECH圖16015T型全自動測溫電橋檢定槽(如圖2所示)技術(shù)指標(biāo)為：(1)工作溫度范圍：-80~+100℃；(2)穩(wěn)定性：±0.008℃；(3)均勻度：水平0.005℃；垂直0.005℃；(4)降溫時間：100℃到環(huán)境溫度，30分鐘；環(huán)境溫度到-80℃，140分鐘；(5)校驗空間：直徑150mm；深度500mm。圖2917/L型低溫恒溫檢定槽溫度量值傳遞和溯源框圖如圖3所示。圖3溫度量值傳遞和溯源框圖國家氣象計量站溫度實驗室保持的空氣溫度專業(yè)計量標(biāo)準(zhǔn)，是我國氣象部門的最高標(biāo)準(zhǔn)，并傳遞至省級氣象計量站。省級氣象計量站的溫度計量標(biāo)準(zhǔn)主要由二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(或準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)你K電阻測溫儀)、溫度檢定槽(或制冷恒溫槽)、冰點槽或水三相點瓶等組成，開展工作級氣象用溫度表(計)、鉑電阻溫度計等的檢定和校準(zhǔn)。檢定或校準(zhǔn)鉑電阻傳感器時，還需配備二次儀表(如六位半數(shù)字萬用表)。計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理是由溫度檢定槽產(chǎn)生一個穩(wěn)定均勻的溫度場，將標(biāo)準(zhǔn)器和被檢計量器具置于同一溫度場中，通過比較標(biāo)準(zhǔn)器和被檢儀器的示值，確定被檢儀器是否符合規(guī)定要求。2.2國內(nèi)氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)現(xiàn)狀目前，我國氣象部門全部采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計作為氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)器，取代了具有毒性危險的標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計主要分為兩種類型，一種是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計傳感器，其測量溫度需要配套測溫電橋等二次儀表；另一種是將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計傳感器與數(shù)采模塊集成在一起，形成鉑電阻測溫儀。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計傳感器生產(chǎn)廠家主要有昆明大方自動控制科技有限公司，該公司生產(chǎn)的一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計技術(shù)指標(biāo)完全對標(biāo)JJG160-2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程，其在-189.3442℃~156.598℃之間適用于氣象部門對氣象溫度計量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。鉑電阻測溫儀生產(chǎn)廠家主要有北京康斯特儀表科技股份有限公司、佐格微系統(tǒng)(杭州)有限公司、北京市國瑞智新技術(shù)有限公司和高碑店市華格電子儀表廠等，其產(chǎn)品主要是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計與數(shù)采模塊的集成，在滿足技術(shù)要求的前提下，以便簡化大型精密測溫電橋的使用，鉑電阻測溫儀技術(shù)指標(biāo)對標(biāo)《JJG(氣象)002-2015自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程》要求，適用于氣象部門在準(zhǔn)確