《JJF1030202X温度校准用恒温槽技术性能测试规范》修订说明.docx

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《JJF1030202X温度校准用恒温槽技术性能测试规范》修订说明

《JJF1030-202X温度校准用恒温槽技术性能测试规范》

修订说明

2019年8月

1任务来源

2规范制定依据

3产品在国内外生产和使用情况

3.1产品类型

3.2主要计量性能

4国内外相关标准

4.1国家标准

4.2行业标准

4.3国际标准

5现行规范存在的主要问题

6规范修定的主要内容和说明

7与国内外标准水平的比较

《JJF1030-20**温度校准用恒温槽技术性能测试规范》修订说明

1任务来源

2018年原国家质检总局将《温度校准用恒温槽技术性能测试规范》列入2018年修订计划，并于7月通过全国温度计量技术委员会将任务下达给北京市计量检测科学研究院。

本规范修订小组由北京市计量检测科学研究院、大连市计量检测研究院、中国计量大学、济南长峰国正科技发展有限公司、大连博控科技股份有限公司、湖州唯立仪表厂等组成。

2规范制定依据

本规范修订依据《国家计量校准规范编写规则JJF1071-2010》

3恒温槽产品在国内外生产和使用情况

本规范所定义的温度校准用恒温槽（以下简称恒温槽）主要包括在-80℃～300℃范围内以液体做导热介质，用于检定、校准各类玻璃温度计、铂热电阻、热电偶和其他各类温度传感器等的恒温槽。

3.1恒温槽产品类型

本规范所定义的恒温槽是以液体为导热介质，利用温度控制系统，以及搅拌或射流等强对流方式，使导热介质达到设定温度，并保持其内部工作区域的温度稳定均匀。

恒温槽可以按照使用介质分类，也可以按照搅拌方式和循环方式等多种形式分类。

3.1.1按介质分类

恒温槽按照所使用的导热介质的不同，可分为恒温水槽、恒温油槽、酒精低温槽等类型。

恒温槽的使用温度范围受导热介质的凝固点、沸点、闪点、粘度以及恒温槽主体结构材料的耐热性、加热系统的发热功率、制冷设备的制冷能力等多方面的因素限制。

恒温槽常用介质使用温度范围见表1。

表1恒温槽常用介质使用温度范围

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10cs

-40℃～20℃

甲基硅油100cs

30℃～200℃

3.1.2按搅拌和循环方式分类

恒温槽按搅拌和循环方式的不同，可分为下搅拌式、上搅拌式、分体循环式和射流式等类型。

1）下搅拌式恒温槽，又称磁搅拌恒温槽。

下搅拌式恒温槽结构见图1。

其搅拌装置位于恒温槽下部，分为内外两部分。

外部分由一台电机和一块磁铁组成，磁铁被水平固定在电机转轴的端面上；内部分由一块磁铁、轴承底座和搅拌叶组成，搅拌转轴通过轴承底座与水平放置磁铁固定联结，磁铁与桶底部保持不超过5mm的间隙。

电机启动后带动其转轴端面上的外磁铁旋转，通过磁场又带动桶内的磁铁转动，从而使搅拌叶片旋转，让导热介质导流筒内循环，使得工作区域内的温度均匀。

下搅拌式恒温槽的优点是工作台面比较宽敞、噪音较小，温场性能良好。

由于搅拌力矩有限，液面容易形成漏斗状，且中心出现空洞旋涡，液面高度偏低，与上盖板有一定距离（偏低2cm左右）、垂直温差性能受一定影响。

电机易脱速空转、搅拌系统需要经常维护等问题。

2）上搅拌式恒温槽也称侧搅拌恒温槽，内部由两个中间相隔上下联通的导流筒组成。

搅拌电机安装在一个导流筒的中心的上方位置，通过一个较长的转轴带动搅拌叶片旋转，使得导热介质在两个导流筒之间循环流动。

上搅拌式恒温槽结构见图2。

上搅拌式恒温槽的优点是电机搅拌装置安装和维护简单，不需要经常维护，搅拌效果明显，液面可以达到上盖板位置，温场性能，特别是垂直温差性能远优于磁力搅拌式。

但是由于电机安装位置偏心且较高，存在一定的振动和噪音问题。

3）分体循环式恒温槽由主\副两个槽体构成，两个槽体通过两条流通管路连接。

副槽配有控温装置和循环泵，主槽带有搅拌装置。

分体循环式恒温槽结构见图3。

设定温度、启动循环泵后，副槽和主槽的内的介质不断循环交换，实现主槽温度的稳定和均匀。

液面可以保持在规定位置，主槽比较平静，没有明显振动。

图1下搅拌式恒温槽结构示意图图2上搅拌式恒温槽结构示意图

图3分体循环式恒温槽结构图

4）射流式恒温槽由槽体（包括内、外槽体）、射流泵、控温器等组成，工作介质在射流泵的驱动下进入与之串行的控温器，通过加热/制冷并借助介质载热作用实现温度控制与恒温。

安装于工作槽体底部，具备一定喷射角度的静止喷嘴将介质喷出，使槽体内液体自下而上的旋转，在溢流后进入外槽体，回流到射流泵内，再次进行循环。

射流式恒温槽结构见图4。

射流式恒温槽工艺结构比较复杂，但温场性能比较突出。

图4射流式恒温槽结构图

3.2恒温槽主要计量性能

恒温槽的使用温度可以在较大范围内设定调整，在-80℃～300℃范围内，根据恒温槽产品设计要求以及所采用导热介质的不同，一般恒温槽的控制温度幅度可达到一百摄氏度甚至两、三百摄氏度。

恒温槽主要计量性能有温度均匀性、温度波动性，部分恒温槽还具有控制升、降温速率的功能。

3.2.1温度校准用恒温槽的主要计量性能指标

常见恒温槽计量性能主要包括温度均匀性、波动性等，具体指标见表2。

3.2.1.1温度检定规程和校准规范中有关恒温槽的性能要求

目前在温度计量领域主要有《JJG226-2001双金属温度计检定规程》、《JJG225-2001热能表检定规程》、《JJG310-2002压力式温度计》、《JJG111-2003玻璃体温计》、《JJG131-2004电接点玻璃水银温度计》、《JJF1171-2007温度巡回检测仪》、《JJF1226-2009医用电子体温计》、《JJG130-2011工作用玻璃液体温度计》、《JJG161-2010标准水银温度计》、《JJG229-2010工业铂、铜热电阻》、《JJF1379-2012热敏电阻测温仪》、《JJF1098-2003热电偶、热电阻自动测量系统》和《JJF1632-2017温度开关温度参数校准规范》等14项计量规程（规范）对恒温槽的均匀性（或均匀度）和波动性（或波动度）都有相应的要求。

在上述计量规程（规范）中，对恒温槽均匀性分别采用了“均匀性、均匀度、温差、温场、水平温差和垂直温差、水平温差和最大温差”等术语，主要规定恒温槽在水平方向上的最大温差和在垂直方向上的最大温差。

一般最大垂直温差要大于最大水平温差，目前部分规程中规定的最大温差，实际上都是“最大垂直温差”。

恒温槽波动性则分别采用了“波动性、波动度、稳定温度”等术语。

部分波动性（度）采用无符号数表示，部分波动性（度）带有“±”表示，带有“±”号的波动性（波动度）实际上是无符号的波动性（波动度）再除以2后得到的结果。

无符号的波动性（波动度）反映的是恒温槽在一段时间内波动的幅度，而有符号的波动性（波动度）则并不能说明恒温槽处于等幅波动状态，使用无符号的波动性（波动度）更客观合理。

由于以往对各类温度计的检定\校准主要是示值误差等稳态需求，没有升降温速率等动态需求，所以相关温度计量领域的规程和规范也都没有相应的升降温速率要求，直到《JJF1632-2017温度开关温度参数校准规范》颁布实施，才首次提出对恒温槽升降温速率的要求。

目前已有部分恒温槽具有程控温度功能，可以对恒温槽升降温速率进行控制。

现行温度计量检定规程（校准规范）对恒温槽技术性能的要求见表3.

通过比对表2和表3，目前多数恒温槽产品计量性能指标基本能够满足现有计量规程（规范）的要求。

3.2.1.2恒温槽工作区域

恒温槽工作区域是指恒温槽内满足一定温场性能要求的范围，一般以一段浸没深度范围来表示。

各类接触式温度计在检定或校准时，都有浸没深度的要求。

全浸式玻璃液体温度计的浸没深度要求，一般在温度计下限温度标度线和上限温度标度线之间。

标准水银温度计是目前常见对工作区域浸没范围要求最大的温度计。

一般标准水银温度计全长在500mm左右，下限温度点标度线的浸没深度一般在150mm左右，上限温度点标度线的浸没深度在450mm左右。

所以一般恒温槽的工作区域所选择的上、下水平面，一般选择在距液面150mm和450mcm的两个位置。

部分石油、焦化用局浸式玻璃液体温度计的浸没深度比较浅，包括有90mm、55mm、甚至25mm等。

其中在国家标准《石油产品试验用玻璃液体温度计技术条件GB/T514-2005》、检定规程《工作用玻璃液体温度计JJG130-2010》中，标号为“GB-5”，名称为“开口闪点2号”的温度计的浸没深度是25mm。

在石化、焦化行业，还有少量专用恒温槽用于对超长玻璃温度计或超长双金属（压力式）温度计等进行校准和测试，该类恒温槽的最大浸没深度可以达到1000mm～2000mm。

一般热电偶、热电阻、集成温度传感器等温度传感器在检定或校准时的浸没深度可以在150mm～300mm左右。

还有部分短型热电偶、热电阻的浸没深度在50mm～100mm。

综上所述，针对一个具体的恒温槽，其工作区域，是指满足特定温场性能的一定的浸没深度范围。

不同温场性能要求，对应着不同的浸没深度范围。

但是一般在恒温槽产品说明书以及现行恒温槽性能测试规范中都没有明确恒温槽工作区域的具体位置或范围。

不利于对恒温槽性能的客观准确评价以及恒温槽的正常使用。

表2常见温度校准用恒温槽计量性能

设备名称

温度

范围℃

工作区域

（距离液面）

温度波动性

℃/15min

温度均匀性℃

升温速率

℃/min

降温速率

℃/min

最大温差

（垂直温差）

水平温差

恒温槽

酒精、10cs甲基硅油等

-80～20

常见150mm～450mm。

产品一般不标注具体位置。

0.005～0.02

0.01～0.02

0.005～0.01

部分配置有程控仪表的恒温槽可以达到0.1～1.0。

部分配置有程控仪表的恒温槽可以达到0.1～1.0。

恒温槽

水、变压器油、50cs甲基硅油等

20～95

0.005～0.02

恒温槽

食用油、100cs甲基硅油等

90～200

0.02～0.04

0.005～0.02

恒温槽

汽缸油、200cs甲基硅油等等

200～300

0.02～0.04

0.02～0.04

0.01～0.02

射流恒温槽

10～95

0.005-0.010

<0.005

<0.005

表3温度检定规程（校准规范）对恒温槽计量性能的要求

检定规程名称

恒温槽使用

温度范围℃

工作区域

最大温差℃

工作区域

水平温差℃

温度波动性

℃/10min

升降温速率

℃/min

JJG226-2001双金属温度计

JJG310-2002压力式温度计

－80～室温

0.3

0.15

-

-

室温～95

0.1

0.05

95～300

0.2

0.10

300～500

0.4

0.20

JJG131-2004电接点玻璃水银温度计

-30～100

0.04

0.02

±0.05

-

100～300

0.08

0.04

JJG111-2003玻璃体温计

29～45

0.01

/

±0.01

-

JJF1171-2007温度巡回检测仪

-80～300

0.04

0.02

±0.05

-

JJF1226-2009医用电子体温计

35～42

0.01

-

±0.01

JJG130-2011

工作用玻璃液体温度计

普通

-100～300

0.04～0.10

0.02～0.05

0.04

-

＞300～600

0.20

0.10

0.20

-

高精密

0～150

0.01～0.02

0.005～0.01

0.01～0.02

-

JJG161-2010标准水银温度计

-60～300

0.01～0.02

0.005～0.010

±0.02

-

JJG225-2001热能表

JJG229-2010工业铂、铜热电阻

-50～300

0.02

0.01

0.04

-

JJF1379-2012热敏电阻测温仪

-60～300

0.01

-

0.01

-

JJF1632-2017温度开关温度参数

-30～300

不大于产品最大允许误差的十分之一

-

-

0.1～1

3.2.2其它用途恒温槽计量性能

目前在电磁计量专业以及海洋专业计量中都有相应的恒温槽技术性能要求。

波动度、均匀度最高指标分别为0.002℃和0.001℃。

远高于温度校准用恒温槽温场性能指标，但目前尚无专门的设备和测试方法。

3.2.2.1电磁计量专业

《JJG153-1996标准电池检定规程》中对专用恒温槽温差最高要求达到0.002℃，见表4。

表4《JJG153-1996标准电池检定规程》中的技术要求

3.2.2.2海洋计量专业

《JJG763-2002温盐深测量仪检定规程》中对恒温槽控温波动度、温场均匀度分别要求不大于0.002℃和0.001℃，见表5。

表5《JJG763-2002温盐深测量仪检定规程》中有关技术要求

4国内外相关标准

4.1行业标准

目前恒温槽相关行业标准有《JB5376-1991低温恒温槽技术条件》、《JB/T5377-1991恒温水槽技术条件》、《JB/T9518-1999恒温油槽技术条件》。

等三项行业标准。

4.1.1《JB/T5377-1991恒温水槽技术条件》

《JB/T5377-1991恒温水槽技术条件》将恒温槽分为精密型和普通型两种型式，而每种型式又分为A级和B级。

该标准中规定的计量性能有温度波动度、温度均匀度（包括水平和垂直）和升温时间。

具体技术性能要求见表6，目前市场上大部分恒温槽的计量性能都可以满足该标准要求。

表6《JB/T5377-1991恒温水槽技术条件》中技术性能要求

在该标准中，推荐使用两支二等标准水银温度计或贝克曼温度计或标准铂电阻温度计，通过先集中比对，再分开测量，以抵消系统误差的方法，进行温场均匀度测试。

由于标准水银温度计、贝克曼温度计对浸没深度有严格要求，如果浸没深度过大则无法读数，浸没深度过小则存在漏热影响，采用玻璃温度计测量温场具有很大的局限性，早已被淘汰不用。

该标准中有关测试仪器要求见表7。

该标准中提出全过程升温时间的要求，但由于耗费时间较长，也没有实际意义，实际中一般不进行此项测试。

该标准没有明确恒温槽工作区域的具体位置，该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

表7《JB/T5377-1991恒温水槽技术条件》中测试仪器要求

4.1.2《JB5376-1991低温恒温槽技术条件》

《JB5376-1991低温恒温槽技术条件》将低温恒温槽分为精密型和普通型两种。

而精密型又分为A和B两级。

该标准对低温恒温槽技术性能要求，包括温度波动度、温度均匀度（包括水平方向和垂直方向）和降温时间，见表8。

其中技术指标低于现有常见恒温槽技术水平。

在该标准中，采用两支二等标准水银温度计或贝克曼温度计或标准铂电阻温度计，通过先集中比对，再分开测量，以抵消系统误差的方法，进行温度均匀度的测试。

由于标准水银温度计、贝克曼温度计对浸没深度有严格要求，浸没深度过深无法读数，浸没深度过浅有粗大误差，且响应时间较长，该方法早已被淘汰不用。

《JB/T5376-1991低温恒温槽技术条件》中测量仪器的要求见表9。

该标准中有关测试位置的要求，见表10。

该标准根据槽深将恒温槽分为大于250mm和小于250mm两种规格，规定了相应的工作区域边界。

表8《JB/T5376-1991低温恒温槽技术条件》中技术性能要求

表9《JB/T5376-1991低温恒温槽技术条件》中测量仪器的要求

表10《JB/T5376-1991低温恒温槽技术条件》中测试位置的要求

该标准中规定全过程升温时间的测试要求，但由于耗费时间较长，也没有实际意义，一般不进行此项测试。

但该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

4.1.3《JB/T9518-1999恒温油槽技术条件》

《JB/T9518-1999恒温油槽技术条件》规定恒温油槽的技术性能包括温度波动度、温度均匀度（包括水平和垂直）和降温时间，将恒温油槽波动度和均匀度分为三个等级（但没有确定名称），具体指标见表11。

其中所列指标低于目前常见恒温槽实际水平。

在该标准中，推荐使用两支二等标准铂电阻温度计通过交换位置法，抵消系统误差后，进行温场均匀度测试,见表12。

该标准定义恒温槽工作区域为距离槽盖（液面）150mm到高于底部50mm的范围。

这个范围与目前恒温槽常用工作区域一致。

该标准中提出全过程升温时间的测试要求，但由于耗费时间较长，也没有实际意义，一般不进行此项测试。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

表11《JB/T9518-1999恒温油槽技术条件》技术指标要求

表12《JB/T9518-1999恒温油槽技术条件》测试方法要求

4.2国家标准

目前我国已有恒温槽相关《GB11241-1989恒温水槽（YY91038-1999）》、《GB/T26808-2011恒温槽与恒温循环装置-低温恒温槽》和《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》等三项国家标准。

4.2.1《GB11241-1989恒温水槽》（YY91038-1999）

《GB11241-1989恒温水槽》对恒温槽技术性能的规定项目包括温度波动度、温度均匀性（包括水平方向、垂直方向）和升降温时间。

该标准技术指标要求较低，见表13。

目前大部分恒温槽都可以满足该标准。

在该标准中对试验仪器的要求见表14，推荐采用五支玻璃水银温度计，进行温场波动度和均匀度测试。

规定测试恒温槽距离液面30mm和距离底面30mm的工作区域。

由于玻璃温度计对浸没深度有严格要求，如浸没深度过深则无法读数，如浸没深度过浅则会出现较大误差，该方法早已被淘汰不用。

该标准没有提出对玻璃温度计浸没深度的限制。

该标准采用绝对法测试温场，测试准确度较低。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

表13《GB11241-1989恒温水槽》技术性能要求

表14《GB11241-1989恒温水槽》试验仪器要求

4.2.2《GB/T26808-2011恒温槽与恒温循环装置-低温恒温槽》

《GB/T26808-2011恒温槽与恒温循环装置-低温恒温槽》对恒温槽技术性能的规定项目有温度范围、波动度、均匀度、降温时间等，但无明确具体数据指标，仅要求“符合制造商技术文件”，该标准技术性能要求，见表15。

该标准对测温用温度传感器的响应时间以及传感器的数量提出明确要求，可采用热电阻和热电偶等多种温度传感器，并推荐使用多点同时采样的方法进行测试。

该标准采用相对方式规定了恒温槽温场测试位置，距离槽体液面和底面各0.15H的平面上（H为恒温槽液体深度）。

与目前温度校准用恒温槽的存在一定的区别，见表16。

在工作区域中心点上，几支温度计先进行比对，计算初始差值，再分别放置的各个位置上进行同时测试，通过计算获得均匀度。

该标准没有区分水平温差和垂直温差。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

表15《GB/T26808-2011恒温槽与恒温循环装置-低温恒温槽》技术性能要求

表16《GB/T26808-2011恒温槽与恒温循环装置-低温恒温槽》测试位置的要求

4.2.3《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》

《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》对恒温槽技术性能的规定项目包括有温度范围、波动度、均匀度、升温时间等，但对具体指标则提出要符合制造商技术文件规定，没有具体数据要求。

该标准技术性能要求，见表17。

表17《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》技术性能要求

该标准对测温用温度传感器的响应时间以及传感器的数量提出明确要求，可采用热电阻和热电偶等多种温度传感器，见表18。

并推荐使用多点同时采样的方法进行测试。

该标准采用相对方式规定了恒温槽温场测试位置，距离槽体液面和底面各0.15H的平面上（H为恒温槽液体深度）。

与目前温度校准用恒温槽的要求和使用存在一定的区别。

见表19。

在工作区域中心点上，几支温度计先进行比对，计算初始差值，再分别放置的各个位置上进行同时测试，通过计算获得均匀度。

该标准没有区分水平温差和垂直温差。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

表18《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》试验仪器要求

表19《GB/T28850-2012恒温槽与恒温循环装置高温恒温槽》测试位置要求

4.3国际标准

目前国际上针对液体恒温设备的温场测试指标和方法的有《重力对流和强制循环水槽DIN12876-2001》和《实验室循环设备和恒温槽ASTME715-80（Reapproved2006）》两项国外标准。

4.3.1《DIN12876-2001重力对流和强制循环水槽》

《DIN12876-2001重力对流和强制循环水槽》规定的测试项目主要包括温度波动度、温度均匀度，升降温时间。

但是对具体指标没有要求。

其中温度均匀度采用多点同时测量，规定了恒温槽温场测试位置，在距离槽体液面和底面各0.15H的两个平面上（H为恒温槽液体深度）。

该标准采用绝对测温法，可能会由于不能及时消除系统差或短期稳定性带来的影响，测量结果会出现一定的误差，不适合高精度的温场测试。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

4.3.2《实验室循环设备和恒温槽ASTME715-80（Reapproved2011）》

《实验室循设备和恒温槽ASTME715-80（Reapproved2011）》规定的测试项目主要包括温度波动度、温度均匀度，升降温时间。

但是对具体指标没有要求。

该标准也是采用多支温度计同时进行测试，对温度计放置位置提出明确要求。

该标准采用绝对测温法，可能会由于不能及时消除系统差或短期稳定性带来的影响，测量结果会出现一定的误差，不适合高精度的温场测试。

该标准没有明确相关温度计所能测量的最浅浸没深度。

5现行《JJF1030-2010恒温槽计量性能测试规范》存在的主要问题

5.1缺少升降温速率测试项目，无法满足现有温度计量检定/校准需求。

目前恒温槽在实际使用中除提供稳态温场外，还可能需要提供动态温度源功能。

如2017年颁布实施的《温度开关温度参数校准规范JJF1632-2017》中7.2.2，要求恒温槽实现≤1℃/min的升降温速率；2018年温度计量技术委员会年会审定的《双金属温度计检定规程（报审稿）》和《压力式温度计检定规程（报审稿）》也都提出了类似的升降温速率的要求。

但现行《JJF1030-2010恒温槽计量性能测试规范》没有相关测试要求，需要及时完善。

5.2现行规范存在局限性，没有明确可测量的恒温槽计量性能指标范围

恒温槽适用范围非常广泛，目前绝大部分恒温槽的计量性能，都可以按照现行规范要求，采用常用