温度显示仪表是一种工业过程测量仪表，又称温度二次仪表。仪表本身并不能单独测量温度，必须与温度传感器相配、接受其信号才能测量温度。仪表输入信号是一种标准化、规范性的信号，通常包括符合国际电工委员会(IEC)标准、国家标准、行业标准的热电阻、热电偶信号以及标准化(电压、电流)信号和在特定领域内公认的规范化信号。温度二次仪表在与热电偶连接测量温度时，通常具有参考端温度自动补偿功能，可以不用外接冷端补偿器直接与热电偶连接。
常用的温度二次仪表包括：数字温度指示调节仪，工业过程测量记录仪，温度显示仪，模拟式温度指示调节仪，带电动PID调节电子自动平衡记录仪，动圈式温度指示、指示位式调节仪表，带时间比例、比例积分微分作用的动圈式温度指示调节仪表等，也包括其他种类可以配接传感器实现温度显示的二次仪表。
1、温度二次仪表溯源依据
针对常用的温度二次仪表，国家均已颁布了多项校准规范、检定规程。
由下面的温度二次仪表溯源方法可知，目前校准规范、检定规程对主要针对的温度二次仪表输入信号为：热电偶、热电阻温度信号以及电压、电流、电阻等电信号二次仪表的校准、检定，基本覆盖目前所有温度二次仪表的溯源工作。
温度二次仪表溯源方法
◆溯源依据：JJG 617-1996数字温度指示调节仪
适用范围：配接热电偶、热电阻及以直流电流、电压和电阻作为模拟电信号输入的数字指示及指示调节仪器。
◆溯源依据：JJG 74-2005工业过程测量记录仪
适用范围：配热电偶或热电阻以测量温度，以及以直流电压、电流和电阻作为模拟电信号输入，反映其他物理、化学量的工业过程测量记录仪。
◆溯源依据：JJF 1664-2017温度显示仪
适用范围：接受热电偶、热电阻等温度传感器信号或温度变送器输出信号的温度显示仪表；接受直流电压或电流过程信号显示的二次仪表。
◆溯源依据：JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪
适用范围：配热电偶或热电阻的模拟式温度指示调节仪，以及以直流电压、电流和电阻作为模拟电信号输入，反映其他物理变量的模拟式指示及指示调节仪的检定。
◆溯源依据：JJG 572-1988带电动PID调节电子自动平衡记录仪
适用范围：带电动PID调节电子自动平衡记录仪，其他具有相同类型的PID调节显示仪表的调节部分也可参照本规程。
◆溯源依据：JJG 186-1997动圈式温度指示、指示位式调节仪表
适用范围：适用范围：与热电阻或热电偶配合使用的磁电系动圈温度指示、指示位式调节仪表，其他物理参数转化成电压或电阻量等电信号的动圈式仪表的检定。
◆溯源依据：JJG 285-1993带时间比例、比例积分微分作用的动圈式温度指示调节仪表
适用范围：与热电阻或热电偶配合使用的，带时间比例、比例积分微分作用的动圈式温度指示调节仪表的检定。
其中：JJG 186-1997动圈式温度指示、指示位式调节仪表，JJG 285-1993带时间比例、比例积分微分作用的动圈式温度指示调节仪表两个检定规程已经废止，本文对其内容不再涉及。
JJG 572-1988带电动PID调节电子自动平衡记录仪主要针对的项目为控制部分的检定，本文对其内容不再涉及。
2、温度二次仪表示值误差溯源比较
针对JJG 617-1996数字温度指示调节仪、JJG 74-2005工业过程测量记录仪、JJF 1664-2017温度显示仪、JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪四个常用规程，以下从标准器具的选取、溯源的环境条件、溯源方法、示值误差计算等方面对常用温度二次仪表溯源进行对比。
2.1 标准器及配套设备的选取
四个规程、规范中均已经明确给出了参考标准器及配套设备的选取要求。
由下面的标准器及配套设备选取的原则可以看出，在校准或检定过程中，标准器具的选取原则还是存在一定的差距，其中，JJF 1664-2017对由标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度的大小没有明确的定量要求，仅满足尽可能小即可。
标准器及配套设备选取的原则
◆溯源依据：JJG 617-1996数字温度指示调节仪
选用原则：选用的标准器，包括整个检定设备的总不确定度应小于被检仪器允许误差的1/5，对于0.1级的被检仪器应小于其允许误差的1/3。
◆溯源依据：JJG 74-2005工业过程测量记录仪
选用原则：检定时，由标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度U(k=2)应小于被检仪器最大允许误差的1/3。
◆溯源依据：JJF 1664-2017温度显示仪
选用原则：校准时由标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度U(k=2)应尽可能小，以满足委托方对校准工作的要求。
◆溯源依据：JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪
选用原则：选用的标准器，包括整个检定装置以置信概率p=0.95提供估计值的扩展不确定度U95应不超过被检仪器最大允许误差的1/5。
目前，部分热处理炉校准规范已经明确了校准温度二次仪表需用到的过程校验仪等级及最大允差，例如GB/T 30825-2014热处理温度测量、AMS2750F高温热处理、GJB 509B-2008热处理工艺质量控制、HB 5425-2012航空制件热处理炉有效加热区测定方法等标准中已经明确了相应等级热处理需要使用的温度二次仪表等级以及校准这些温度二次仪表的标准器具等级及允差。
所以，JJF 1664-2017更加贴近被检设备实际使用中的工作要求。
2.2 溯源的环境条件
环境条件如下表所示，并应同时满足标准设备的使用条件。
2.3 溯源方法及数据处理对比
根据温度二次仪表显示不同，一般分为数字式、模拟式两种，其中模拟式可分为：全量程指示和偏差指示两种。最大允许误差计算均可采用下式表示：Δ=±a%·FS；式中：Δ为允许误差，℃；a为准确度等级；FS为仪表的量程，℃。
2.3.1 数字式温度二次仪表溯源
①溯源方法
数字式温度二次仪表显示直观、溯源过程相对简单，准确度等级较低、使用中周期溯源的仪表溯源时基本均参照以下方法：
校准点一般应包括上、下限值之内不少于5个点，或用户指定的校准点。
在预热完成后，按照使用说明书或规程规范要求将标准器连接至被检仪表输入端。
首先输入下限值温度对应的标称电量值，读取仪表的温度示值；然后开始增大输入信号(上行程时)，分别输入各校准点温度所对应的标称电量值，并读取仪表的示值，直至上限；在输入上限温度信号并读取仪表示值后减小输入信号(下行程时)，分别输入各校准点温度所对应的标称电量值，并读取仪表的示值，直至下限。用同样的方法重复测量一次。
热电偶输入的仪表，如果具有参考端温度自动补偿，校准时给仪表输入的信号应是被校点温度对应的标称电势值减去补偿导线修正值。
②溯源注意事项
数字式温度二次仪表溯源在测量次数、读数要求等方面还是存在一定的差距。
◆溯源依据：JJG 617-1996数字温度指示调节仪
溯源注意事项：溯源时，下限值只进行下行程的检定，上限值只进行上行程的检定。需要采用同样的方法重复测量一次，取二次测量中误差最大的作为该仪表的最大基本误差。
◆溯源依据：JJG 74-2005工业过程测量记录仪
溯源注意事项：参照JJG 617-1996，后续检定可以只进行一个循环的检定，最大基本误差参照JJG 617-1996计算。
◆溯源依据：JJF 1664-2017温度显示仪
溯源注意事项：溯源时，用同样的方法重复测量一次，取两个循环读数的平均值计算示值误差。
JJG 617-1996数字温度指示调节仪、JJF 1664-2017温度显示仪需要对被检仪表进行两个循环的校准，并且在上(下)限值的校准中存在差异。
JJG 74-2005工业过程测量记录仪参照JJG 617-1996进行检定，仅进行一个循环检定即可。
在基本误差计算时(配接热电偶的温度二次仪表不考虑补偿导线修正值)，JJF 1664-2017采用四次平均值进行计算，如式(2)。JJG 617-1996基本误差计算参照式(3)进行，取二次测量中误差最大的作为该仪表的最大基本误差。
Δt=(td+ts)±b
式中：Δt为示值误差，℃；
为被检仪表显示平均值，℃；td为被检仪表显示值，℃；ts为标准仪器输出温度值，℃；b为被检仪表分辨力，℃，+、-号应于前2项的计算结果符号相一致。
在实际溯源过程中，不同温度二次仪表溯源时，校准循环的次数、示值误差计算时加(或减)分辨力这两点是极易被忽视出现错误的地方，需要特别关注。
2.3.2 模拟式温度二次仪表溯源
①溯源方法
模拟式温度二次仪表一般是采用以被检仪表刻度线为标准，读取标准器的实际输出值，经过计算确认示值误差的方法开展溯源。
校准点一般应在主刻线上进行，应包括上、下限值之内不少于5个点，或用户指定的校准点。
在预热完成后，按照使用说明书或规程规范要求将标准器连接至被检仪表输入端。
输入信号使指示指针(光柱)缓慢上升，并对准各被校刻度线中心(光段最亮)，分别读取标准器的示值t1，直至上限，完成上行程的测量。在读取上限值后，减小输入信号，使指示指针(光柱)缓慢下降，并对准各被校刻度线中心(光段最亮)，分别读取标准器的示值t2)，直至下限，完成下行程的测量。
②注意事项
与数字式温度二次仪表相似，在循环次数、示值误差计算等方面，JJG 74-2005工业过程测量记录仪、JJF 1664-2017温度显示仪、JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪均存在差异。
◆溯源依据：JJG 74-2005工业过程测量记录仪
溯源注意事项：后续检定进行一个循环检定即可，上行程时下限值不检，下行程时上限值不检。
◆溯源依据：JJF 1664-2017温度显示仪
溯源注意事项：进行两个循环检定，上行程时下限值不检，下行程时上限值不检。
◆溯源依据：JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪
溯源注意事项：进行一个循环检定，上下限点在上下行程时均需要检定。
基本误差计算时，JJF 1664-2017取两次循环的被检示值平均值与标准器输出值的差值作为示值误差，JJG 74-2005、JJG 951-2000取上下循环示值误差最大的值作为该校准点示值误差。
模拟式温度二次仪表在实际溯源过程中，校准循环的次数、示值误差计算方法这两点也是极易被忽视出现错误的地方，需要特别关注。
2.4 几点建议
针对温度二次仪表，在作者多年工作中发现，随着PLC、工控机等模块化、集成化设备的应用，高精度控温的设备已经不单单采用温度二次仪表实现温度控制，多数情况下，温度二次仪表变成为了直观显示温度的显示类仪表。在参照JJG 617-1996出具示值误差时，由于规程中示值误差的计算需要加(或减)分辨力，就会出现显示值与标准值的差值与示值误差不一致的问题，对客户极易产生误解。
所以，在实际工作中，可以有效结合客户需求，参照JJF 1664-2017对温度显示部分进行校准。
3、结论
本文针对JJG 617-1996数字温度指示调节仪、JJG 74-2005工业过程测量记录仪、JJF 1664-2017温度显示仪、JJG 951-2000模拟式温度指示调节仪四个规程、规范在实际工作中标准器及配套设备的选取、环境温湿度条件、溯源方法不同、示值误差计算方法等方面进行了对比，对实际校准中的易错点进行了概括，对温度二次仪表的溯源方法提出了建议，对计量工作从业者更准确把握规程要点具有重要意义。
作者：贾荟琳(山东省计量科学研究院)
