气象计量标准器通用技术要求 温度 编制说明

通用技术要求温度》编制说明一、工作简况(包括任务来源、协作单位、主要工作过程、主要起草人及其所做的工作等)；1.任务来源本文件由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会(SAC/TC507)提出并归口，项目于2021年批准立项(国标委发〔2021〕12号)，项目编号：20211194-T-416，计划项目名称《气象计量标准器通用技术要求温度》。该项目由中国气象局气象探测中心崇伟负责，第一起草单位为中国气象局气象探测中心。2.协作单位协作起草单位为浙江省大气探测技术保障中心，中国人民解放军61540部队，辽宁省气象装备保障中心。3.标准主要起草人及其所做的工作本文件的主要起草人包括：崇伟，陈曦，罗昶，赵旭，边泽强，张本志，张建磊，李颖冲，姜明波，李松奎，沙莉，朱明宇，其分工如下：姓名单位职称分工崇伟中国气象局气象探测中心高级工程师负责标准总体编写，提出标准结构、主要内容，完成初稿、编制说明、征求意见稿的编写工作等，协调工作组成员工作高级工程师负责收集、整理相关资料文献，参与标准主要内容起草，对标准编写提供技术支持，修改初稿和征求意见稿罗昶浙江省大气探测技术保障中心高级工程师赵旭中国气象局气象探测中心高级工程师负责标准结构和术语部分起草，参与标准起草过程中的讨论边泽强高级工程师张本志高级工程师负责标准应用场景研究，负责提出标准适用性意见张建磊中国气象局综合观测司高级工程师李颖冲高级工程师姜明波中国人民解放军61540部队高级工程师对标准编写提供技术支持，修改初稿和征求意见稿李松奎中国气象局气象探测中心工程师沙莉辽宁省气象装备保障中心高级工程师参与标准起草过程中的讨论，梳理修改专家意见和预审会专家意见朱明宇工程师4.主要工作过程(1)成立起草组、召开启动部署会、任务分工、制定工作计划22021年10月，项目组召开了标准编制工作部署会，成立了编写组，明确了编写组人员分工任务，确定了标准编制编写原则和总体思路，制定工作进度计划。(2)组织调研、研讨咨询、确定总体思路2021年11-12月，完成标准编写的前期准备工作，研究学习国内相关标准、规范等文件，调查气象气象温度计量标准器技术现状，详细研讨目前气象气象温度计量标准器技术参数，广泛征求各方意见，初步确定本文件具体适用范围、编制思路、总体框架和内容。(3)技术参数的试验、分析和验证2022年1-6月，项目组根据前期调研的情况，又组织相关专家对标准编制的工作进展进行研讨，以JJG160—2007标准铂电阻温度计检定规程为基础，开展了大量的实验、研究和分析，通过上述大量实验，项目组对本标准中规定的各项技术参数进行了验证研究，证明了本标准确定的各项技术参数的可行性。(4)完成初稿编写2022年7月，项目组召开会议，对前期试验进行了总结，根据各项性能测试结果，完成国家标准《气象计量标准器通用技术要求温度》初稿和编制说明的编写。(5)完成征求意见稿2022年8-12月，根据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，对《气象计量标准器通用技术要求温度》初稿进行了修改，形成了征求意见稿。同时，对标准编制说明进行完善，增加了相应的工作内容。二、标准编制原则和确定标准主要内容(如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等)的论据(包括试验、统计数据)，修订标准时，应增列新旧标准水平的对比；1.编写原则本文件以GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》为基础，遵照我国相关法律、法规、规章、技术规范、标准及其规范，以及气象行业标准的特点，以大量的试验数据和长期以来对自动标准气压发生器的计量测试经验为基础，通过广泛调研，本着完整性、统一性、科学性、开放性和实用性为基本原则进行编制。2.主要内容(1)标准的编制依据本文件编写的格式遵从GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求。本文件的内容主要依据以下文件的相关规定：GB/T1.1标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB/T37467—2019气象仪器术语JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示JJG160—2007标准铂电阻温度计检定规程(2)确定标准主要内容的论据1)分类主要内容：根据计量性能不同，气象温度计量标准器分为一等标准铂电阻温度计、二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪。依据分析：我国气象计量技术机构由国家气象计量站和31个省级气象计量站构成，目前国家气象计量站主要配置一等标准铂电阻温度计作为国家级气象温度计量标准，31个省级气象计量站配备有一等标准铂电阻温度计、二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪等作为省级气象温度计量标准。同时，参考《JJG(气象)002-2015自动气象站铂电阻温度传感器检定规程》，其主标准器为二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪可选，因此本文件中对气象温度计量标准器的分类规定为一等标准铂电阻温度计、二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪。2)一般要求主要内容：5.1.1气象温度计量标准器应标有制造厂的铭牌标志、出厂编号。5.1.2气象温度计量标准器感温元件的支撑骨架应完整无裂痕，保护管内不应有任何碎片，各部件之间应固定牢固。5.1.3气象温度计量标准器外护管的长度为470mm±10mm，其外径均小于6mm~7.5mm，管的外壁需进行以抑制热辐射的处理。感温元件应位于保护管顶端起60mm范围内。5.1.4气象温度计量标准器外套应干净，无油污或其他附着物。5.2.1气象温度计量标准器感温元件应采用无应力结构，温度变化时感温元件应能自由膨胀和收缩。5.2.2气象温度计量标准器为四端电阻器，即从感温元件两端各引出两根引线，外引线末端应焊接紫铜接线片。5.2.3气象温度计量标准器的外护管应密封，管内应充含有氧气的干燥空气。外护管不得有破损、划痕及析晶。4依据分析：气象温度计量标准器主要为一等标准铂电阻温度计、二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪，三者关键器件都是铂电阻温度计，本节在外观和结构部分主要规定了铂电阻温度计的外观和结构要求，适用于一等标准铂电阻温度计、二等标准铂电阻温度计和铂电阻测温仪。3)计量性能要求主要内容：6.1标准铂电阻温度计6.1.1电阻特性气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)时的标称电阻值应为25Ω或100Ω，应分别满6.1.2感温元件技术条件气象温度计量标准器的铂丝感温元件必须满足下列两个条件之一：a)气象温度计量标准器在镓熔点(29.7646℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)时的标称电阻值的比值应不小于1.11807。b)气象温度计量标准器在汞三相点(-38.8344℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)时的标称电阻值的比值应不小于0.844235。.3稳定性首次检定的气象温度计量标准器稳定性要求首次检定的气象温度计量标准器先在600℃退火4h，再在600℃退火100h，两次退火前后稳定性应不超过表1规定的数值。表1首次检定的气象温度计量标准器稳定性要求项目稳定性要求一等标准二等标准气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)的电阻值4.0mK8.0mK气象温度计量标准器在铝凝固点(660.323℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值10.0mK20.0mK5气象温度计量标准器在锌凝固点(419.527℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值8.0mK16.0mK相邻周期检定结果的稳定性要求在气象观测所要求的上限温度退火2h后，在各个固定点温度上连续复现两次，两次复现结果之差的绝对值换算成温度值应不超过表2规定的数值。在检定过程中多次测量气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)的电阻值之间的最大差值的绝对值，换算成温度值应不超过表2规定的数值。表2使用中的气象温度计量标准器稳定性要求项目各固定点分度多次的差值相邻两个周期检定结果的差值一等标准二等标准一等标准二等标准气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)的电阻值2.5mK5.0mK5.0mK10mK气象温度计量标准器在铟凝固点(156.598℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值比值1.8mK3.6mK7.0mK14mK气象温度计量标准器在镓熔点(29.7646℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值比值1.5mK3.0mK4.0mK8.0mK气象温度计量标准器在汞三相点(-38.8344℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值比值1.8mK3.0mK5.0mK10mK气象温度计量标准器在氩三相点(-189.3442℃)的电阻值与其在水三相点(0.01℃)的电阻值比值3.0mK6.0mK8.0mK16mK6.1.4热电性能自热效应：在水三相点温度测量的自热效应换算成温度值应不超过表3的规定。6表3自热效应及热电势项目一等标准二等标准自热效应/mK3.04.0.4.2热电势：气象温度计量标准器在上限凝固点时温度计任意两引线间的热电势应不超绝缘电阻：气象温度计量标准器在环境温度下手柄的金属外壳和引线之间的电阻不应小于200MΩ。依据分析：依据《JJG160—2007标准铂电阻温度计检定规程》对铂电阻温度计的计量特性规定要求。主要内容：6.2铂电阻测温仪最大允许误差：0.05℃。依据分析：依据《JJG(气象)002-2015自动气象站铂电阻温度传感器检定规程》对气象观测传感器计量检定所需计量标准的规定要求。三、主要试验(或验证)的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果；1.试验验证本文件中主要试验验证一等标准铂电阻温度计的稳定性技术要求。该部分内容试验测试样本为国家气象计量站测试过的一等标准铂电阻温度计。计量标准器名称、编号年月气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)时的标称电阻值数据来源比照上次检定结果的变化量(mK)一等标准铂电阻温度计(No.10395)2018.3.2925.2803上级检定2019.6.1925.28027期间核查-0.32019.10.3025.28027期间核查-0.32020.3.2925.2804上级检定+1.0一等标准铂电阻温度计2018.11.2725.6155上级检定2019.6.1925.61546期间核查-0.4(No.173330)2020.3.1725.61575期间核查+2.5一等标准铂电阻温度计(No.181227)2018.11.2725.4232上级检定2019.6.1925.42333期间核查+1.32020.3.1725.42331期间核查+1.1一等标准铂电阻温度计(No.181231)2018.11.2725.4485上级检定2019.6.1925.44853期间核查+0.32020.3.1725.44854期间核查+0.4经过计算，本计量标准各个气象温度计量标准器在水三相点(0.01℃)时的标称电阻值漂移量均小于5mK，符合《JJG160-2007标准铂电阻温度计》检定规程条目对一等标准的稳定性要求。2、综述报告2.1我国气象温度计量现状计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动，它包括科学技术上的、法律法规上的和管理上的一系列活动。计量标准是用于日常校准或核查实物两具、测量仪器或参考物质的测量标准。在国家计量检定系统中，计量标准位于基准之下、工作计量器具之上，标准可以是计量器具，也可以是标准物质或标准设备产生的稳定、均匀、量值可知的物理量条件。标准是分等级的，通常由一等、二等，三等标准则很少使用。一般，标准器的动态特性与工作计量器具不同，并不一定符合实际使用要求。因此，标准器只能用于计量检定中的量值传递，而不应作为工作计量器具使用。例如：二等标准水银温度计作为气象观测使用，由于其时间常数较小，所测量的温度值就会有较大的脉动，其测量结果虽然具有较高的准确度，却不符合WMO关于气象观测资料的“代表性”和“比较性”要求，不能作为气象观测网中的气温观测值使用。自上世纪50年度以来，我国就建立了由国家气象计量站和31个省级气象计量站构成的气象计量体系，国家气象计量站建立并保持气象部门最高计量标准，31个省级气象计量站建立并保持所在省气象部门计量标准，省级气象计量标准溯源至国家级计量标准，并传递至气象观测仪器。目前，中国计量科学研究院保存的铂电阻温度计是温度传递的基准和工作基准。国家气象计量站温度实验室建立并保持的气象温度温度计量标准，是我国气象部门的最高标准。由主标准器一等铂电阻温度计(不确定度0.007℃)及配套设备6015T型全自动测温电桥和917/L型低温恒8温检定槽等组成，可开展一等标准水银温度计、二等标准水银温度计、玻璃液体温度计、双金属片温度计、电测温度仪、数字式温度仪等温度仪器的检测工作。加拿大MI公司6015T型全自动测温电桥(附4210A型低热电势10路扫描开关，如图1所示)技术指标为：(1)精度：<0.02PPM(2)噪声：<2nV(3)分辨力：0.001PPM(全量程)(4)平衡时间：20秒(5)测量范围：0.1Ω-1KΩ(6)线性：<0.01PPM(7)稳定性：<0.01PPM/年图16015T型全自动测温电桥英国爱松特(ISOTECH图16015T型全自动测温电桥检定槽(如图2所示)技术指标为：(1)工作温度范围：-80~+100℃；(2)稳定性：±0.008℃；(3)均匀度：水平0.005℃；垂直0.005℃；(4)降温时间：100℃到环境温度，30分钟；环境温度到-80℃，140分钟；(5)校验空间：直径150mm；深度500mm。图2917/L型低温恒温检定槽温度量值传递和溯源框图如图3所示。图3温度量值传递和溯源框图国家气象计量站温度实验室保持的空气温度专业计量标准，是我国气象部门的最高标准，并传递至省级气象计量站。省级气象计量站的温度计量标准主要由二等标准铂电阻温度计(或准确度相当的铂电阻测温仪)、温度检定槽(或制冷恒温槽)、冰点槽或水三相点瓶等组成，开展工作级气象用温度表(计)、铂电阻温度计等的检定和校准。检定或校准铂电阻传感器时，还需配备二次仪表(如六位半数字万用表)。计量标准的工作原理是由温度检定槽产生一个稳定均匀的温度场，将标准器和被检计量器具置于同一温度场中，通过比较标准器和被检仪器的示值，确定被检仪器是否符合规定要求。2.2国内气象温度计量标准技术现状目前，我国气象部门全部采用标准铂电阻温度计作为气象温度计量标准器，取代了具有毒性危险的标准水银温度计。标准铂电阻温度计主要分为两种类型，一种是标准铂电阻温度计传感器，其测量温度需要配套测温电桥等二次仪表；另一种是将标准铂电阻温度计传感器与数采模块集成在一起，形成铂电阻测温仪。国内标准铂电阻温度计传感器生产厂家主要有昆明大方自动控制科技有限公司，该公司生产的一等标准铂电阻温度计和二等标准铂电阻温度计技术指标完全对标JJG160-2007标准铂电阻温度计检定规程，其在-189.3442℃~156.598℃之间适用于气象部门对气象温度计量标准技术要求。铂电阻测温仪生产厂家主要有北京康斯特仪表科技股份有限公司、佐格微系统(杭州)有限公司、北京市国瑞智新技术有限公司和高碑店市华格电子仪表厂等，其产品主要是标准铂电阻温度计与数采模块的集成，在满足技术要求的前提下，以便简化大型精密测温电桥的使用，铂电阻测温仪技术指标对标《JJG(气象)002-2015自动气象站铂电阻温度传感器检定规程》要求，适用于气象部门在准确