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溫度數(shù)據(jù)采集儀校準(zhǔn)規(guī)范編寫說明
一、任務(wù)來源
國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局國質(zhì)檢量函〔2010〕193號文件下達了《溫度數(shù)據(jù)采集儀校準(zhǔn)規(guī)范》的制定任務(wù)，由浙江省計量科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草并協(xié)同中國計量學(xué)院、上海市計量測試技術(shù)研究院、深圳市質(zhì)量計量檢測研究院等單位共同完成編寫任務(wù)。
二、產(chǎn)品概述
溫度數(shù)據(jù)采集儀（以下簡稱采集儀）是一種能夠自動采集、處理溫度數(shù)據(jù)，并將其存貯于電子存儲器內(nèi)，通過接口線纜或無線信息傳輸?shù)姆绞剑凑障鄳?yīng)協(xié)議與上位計算機進行通訊，實現(xiàn)溫度測量數(shù)據(jù)及曲線、棒圖等圖形的顯示、打印、存貯及記錄的新型溫度測量儀表。它主要由溫度傳感器、測量電路、放大電路、線性化電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、存儲器、接口電路、時鐘電路、射頻電路以及電源等外圍電路組成。根據(jù)測量的需要以及應(yīng)用場合的要求，采集儀的多種電路可集成在同一芯片之中，溫度傳感器可直接焊接在電路板上內(nèi)置于采集儀內(nèi)部，也可通過導(dǎo)線、連接桿置于采集儀外部。采集儀可采用交流電、直流電以及電池供電；可防水、密封設(shè)計，直接將其投入被測物體內(nèi)部（如液體中）測量物體內(nèi)部溫度，也可留有通風(fēng)孔，置于大氣空間以測量空間溫度；可單路測量，也可通過模擬掃描電路實現(xiàn)多路溫度測量；采集儀一般不具有實時顯示功能，但部分采集儀帶有本地顯示功能；與上位計算機的數(shù)據(jù)傳輸可以通過線纜接口實現(xiàn)，也可通過無線信號發(fā)射方式實時實現(xiàn)。
采集儀的基本工作原理如下：溫度傳感器與被測溫度達成熱平衡并感受其變化輸出電信號，經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號，進入放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路后將模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后CPU接受數(shù)字信號，經(jīng)過軟件運行后，得到溫度傳感器采集到的實際溫度數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)采集的時間順序存放在相應(yīng)的電子存儲器中。對于有線信號傳輸?shù)牟杉瘍x，測量完成后，將采集儀置于專用讀數(shù)裝置或通過數(shù)據(jù)接口線纜直接與上位計算機連接，運行相應(yīng)軟件，讀取、處理、打印、記錄相應(yīng)的溫度測量數(shù)據(jù)。對于無線信號傳輸?shù)牟杉瘍x，在數(shù)據(jù)采集的過程中可通過設(shè)置工作任務(wù)實時完成采集儀與上位計算機的通訊，完成數(shù)據(jù)讀取、處理、打印、記錄等功能。
采集儀的應(yīng)用極其廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域包括：⑴農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品以及食品、藥品、疫苗、血液等冷藏、冷凍、保鮮以及保鮮產(chǎn)品運輸中的溫度監(jiān)測，即用于冷鏈溫度的監(jiān)測。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的冷鏈溫度監(jiān)控系統(tǒng)得到蓬勃發(fā)展，為驗證冷藏、冷凍、保鮮產(chǎn)品的全過程控制狀況提供了技術(shù)保證，其技術(shù)核心就是溫度數(shù)據(jù)采集儀。⑵藥品、食品生產(chǎn)及疾病診療中的消殺毒、滅菌溫度的監(jiān)測。封閉式的采集儀可以置于消毒、殺毒物品內(nèi)部，也可投入到需要滅菌的液體或流質(zhì)之中，以監(jiān)測、驗證消殺毒、滅菌溫度是否達到了規(guī)定要求。⑶冷庫、倉庫、實驗室等空間的溫度監(jiān)測，當(dāng)需要對環(huán)境溫度進行連續(xù)監(jiān)控時，采集儀可實現(xiàn)最小記錄間隔為1s的數(shù)據(jù)測量，保證監(jiān)控的連續(xù)性和有效性。⑷育種、育苗的溫度監(jiān)測。在高效生態(tài)農(nóng)業(yè)中，可連續(xù)監(jiān)測農(nóng)作物種苗的生長環(huán)境，實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，并且?guī)椭r(nóng)作物新品種的研究；在人工繁殖、養(yǎng)殖中，可監(jiān)控繁殖、養(yǎng)殖溫度，促進養(yǎng)殖、繁殖的順利進行。⑸工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)工藝過程的溫度驗證。如玻璃窯爐溫度、熱處理爐溫度、電子產(chǎn)品老化溫度、電子線路板貼焊溫度的監(jiān)測、驗證等等。
三、規(guī)范制定的目的和意義
對于上述溫度數(shù)據(jù)采集儀，目前國內(nèi)外尚無規(guī)范性的正式出版物。歐盟發(fā)布了以下標(biāo)準(zhǔn)：EN 12830:1999《Temperature Recorders for the
Transport,
Storage and Distribution of Chilled,Frozen,Deep-Frozen/Quick-FrozenFood and Ice Cream─Tests,Performance,Suitability》、EN 13485:2001《Thermometers for Measuring the Air and Product Temperature forthe Transport,Storage and Distribution of Chilled,Frozen,Deep-Frozen/
Quick-Frozen Food and Ice Cream─Tests,Performance,Suitability》以及EN 13486:2001《Temperature Recorders and Thermometers for theTransport,Storage and Distribution of Chilled,Frozen,Deep-Frozen/
Quick-Frozen Food and Ice Cream─PeriodicVerification》，雖然它們的使用領(lǐng)域與溫度數(shù)據(jù)采集儀相似，也均適用于帶溫度傳感器的記錄測量儀表，但均適用于有紙的記錄方式，不適用于采集數(shù)據(jù)存貯于電子存儲器中的產(chǎn)品。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25479-2010《工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用無紙記錄儀》僅適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中用于測量和控制的不帶溫度傳感器的無紙記錄儀，且其體積一般較大，與溫度數(shù)據(jù)采集儀不同，因此GB/T 25479-2010不適用于溫度數(shù)據(jù)采集儀。
由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范性的正式出版物，因此溫度數(shù)據(jù)采集儀的量值溯源方法各異，評價混亂，使得采集儀應(yīng)用的通用性、互換性受到限制，阻礙了它的進一步發(fā)展。因此，有必要盡快制定溫度數(shù)據(jù)采集儀的校準(zhǔn)規(guī)范，以完善溫度儀表的量值溯源體系、促進新型溫度測量儀表的有序發(fā)展。
四、規(guī)范起草的技術(shù)依據(jù)
本規(guī)范的編寫是按照J(rèn)JF1071-2010《國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》的要求進行的；附錄中的不確定度評定按照J(rèn)JF1059-1999《測量不確定度評定與表示》進行。
校準(zhǔn)方法中，帶本地顯示功能采集儀顯示部分的校準(zhǔn)以及外置傳感器采集儀的傳感器及標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計插入恒溫槽方法參考了JJF1171-2007《溫度巡回檢測儀校準(zhǔn)規(guī)范》，采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計作測量標(biāo)準(zhǔn)時的實際溫度計算采用了JJG 161-2010《標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計》中的方法。
本規(guī)范制定時同時參考了JJF1001-1998《通用計量術(shù)語及定義》和JJF1007-2007《溫度計量名詞及定義》。
五、規(guī)范內(nèi)容的說明
1、關(guān)于范圍
由于采集儀的形態(tài)基本上均是傳感器與后續(xù)電測量部件一體化成品的，因此校準(zhǔn)時是對包括溫度傳感器在內(nèi)的溫度測量系統(tǒng)進行整體校準(zhǔn)的。采集儀的溫度范圍較寬，低溫至-100℃以下，高溫至1000以上℃，校準(zhǔn)時必然要使用恒定溫度源，由于目前使用廣泛、價格適中、原理成熟、性能適用可靠的恒定溫度源的溫度范圍一般在-80℃～300℃之間，超出此溫度范圍的恒定溫度源，或者價格昂貴，或者性能欠佳，均不適用于校準(zhǔn)溫度數(shù)據(jù)采集儀。因此，本規(guī)范確定的適用范圍為（-80～+300）℃的溫度數(shù)據(jù)采集儀。
2、關(guān)于術(shù)語
溫度數(shù)據(jù)采集儀是一種新型的溫度測量儀表，由于缺乏相應(yīng)規(guī)范，因此名稱混亂，有稱作溫度跟蹤儀、爐溫測試儀的，也有稱為溫度記錄器、冷鏈溫度計的，等等。因此，除JJF 1001-1998、JJF 1007-2007界定的術(shù)語和定義適用于本規(guī)范外，本規(guī)范對溫度數(shù)據(jù)采集儀進行了定義。同時根據(jù)采集儀的特點以及其主要參數(shù)，對電可擦可編程只讀存儲器、本地顯示、無線通訊、采樣間隔、記錄間隔以及發(fā)送時間間隔進行了定義。
3、關(guān)于計量特性
根據(jù)實際使用情況以及采集儀的主要技術(shù)參數(shù)，本規(guī)范給出的采集儀的計量特性為基本誤差及時鐘誤差。由于采集儀使用中，需要設(shè)置一些必要的參數(shù)，這些參數(shù)的設(shè)置對于采集儀的正確使用是必備的，因此本規(guī)范規(guī)定了相應(yīng)的檢查項目，如采樣間隔、記錄間隔、發(fā)送時間間隔、啟停方式、超溫報警以及外觀等。
由于目前沒有采集儀的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，采集儀的技術(shù)指標(biāo)均是制造商根據(jù)客戶要求自行確定的，因此各產(chǎn)品的計量特性要求尚未統(tǒng)一。本規(guī)范起草時，調(diào)查了國內(nèi)外常見的各類溫度數(shù)據(jù)采集儀，在-80℃～300℃測量范圍內(nèi)，基本誤差通常在±0.1℃～±1.0℃之間，時鐘誤差通常不超過±1s/d～±2s/d，采樣間隔、記錄間隔、數(shù)據(jù)發(fā)送時間間隔均可調(diào)，最小可調(diào)單位為1s，最大可達72h或24h，一般均具有啟動和停止方式的設(shè)置，并可選。因此，本規(guī)范將上述指標(biāo)作為計量特性要求或檢查項目的技術(shù)要求，由于校準(zhǔn)不需要對被校儀器作出合格判斷，因此本規(guī)范同時聲明這些技術(shù)指標(biāo)僅作參考。
4、關(guān)于校準(zhǔn)條件
本規(guī)范對環(huán)境條件、供電條件以及測量標(biāo)準(zhǔn)與配套設(shè)備進行了規(guī)定。為了使測量結(jié)果具有盡可能小的不確定度，需要建立一種較優(yōu)越的環(huán)境條件，降低環(huán)境因素對測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備帶來的附加誤差，需要具備一定準(zhǔn)確度要求的測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備。本規(guī)范是按上述原則確定校準(zhǔn)條件的。
4.1
環(huán)境條件
由于采集儀大都整體放置在被測量的環(huán)境中，因此環(huán)境適應(yīng)性較好，對校準(zhǔn)的環(huán)境要求不高，本規(guī)范參照雙金屬溫度計等規(guī)程規(guī)定了校準(zhǔn)時的環(huán)境條件為環(huán)境溫度在（15～35）℃之間，相對濕度不超過85%。
為了提高校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性，降低測量標(biāo)準(zhǔn)等電測儀器帶來的不確定度，本規(guī)范同時規(guī)定，如果測量標(biāo)準(zhǔn)等電測儀器對環(huán)境條件另有要求的，應(yīng)該按其規(guī)定要求執(zhí)行。
4.2
供電條件
按照參比工作條件下的電源要求規(guī)定了采集儀校準(zhǔn)時的供電條件。由于采集儀具有電池供電的方式，而其電池的安裝需要專用工具，并且各制造廠商使用的電池的電流容量不一，因此校準(zhǔn)時如使用直流電源替代電池，不僅操作繁瑣、費時費力，而且可能由于電流容量的不同損壞采集儀。由于電池供電的采集儀一般均具有欠電壓警示功能，因此本規(guī)范規(guī)定在校準(zhǔn)前檢查采集儀的電壓是否在正常工作范圍之內(nèi)。如是，即可開展校準(zhǔn)；如不是，則更換電池。
精密的電源控制（參比條件下的電源）一般是通過穩(wěn)壓電源來實現(xiàn)的，但實驗室常用的穩(wěn)壓電源的功率一般不大，而恒溫槽等恒溫設(shè)備卻需要較大功率的電源來驅(qū)動，同時考慮到恒溫設(shè)備主要是用來提供恒定溫度環(huán)境的，只要能夠?qū)崿F(xiàn)溫度穩(wěn)定，不必對電源作出過高要求。因此，本規(guī)范規(guī)定恒溫設(shè)備的電源只要滿足其使用要求即可。
4.3
測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備
本規(guī)范基于常見、經(jīng)濟、成熟、性能適用可靠的原則選擇測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備，因此本規(guī)范中規(guī)定的測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備均是溫度計量檢定、校準(zhǔn)中常用的儀器設(shè)備，也是大部分實驗室已經(jīng)具備的儀器設(shè)備。
5、關(guān)于校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法
本規(guī)范設(shè)定的校準(zhǔn)項目為基本誤差和時鐘誤差。其他項目，如采樣間隔、記錄間隔、發(fā)送時間間隔、啟停方式、超溫報警及外觀，均作為檢查項目，且規(guī)定在校準(zhǔn)前進行檢查。
由于采集儀使用前需要設(shè)置各種參數(shù)，而且參數(shù)設(shè)置的操作各不相同，因此本規(guī)范規(guī)定了在校準(zhǔn)前按照制造商的規(guī)定設(shè)置與校準(zhǔn)有關(guān)的相應(yīng)參數(shù)。
由于采集儀可投入液體中使用，也可置于大氣中使用，因此本規(guī)范對校準(zhǔn)時采集儀的安裝方式給予了規(guī)定。對可投入液體使用的采集儀，規(guī)定采用金屬網(wǎng)兜加以固定，并浸沒于恒溫槽的液體之中。
校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)點的選擇、測量標(biāo)準(zhǔn)的使用、具體校準(zhǔn)方法以及數(shù)據(jù)處理參照了JJG 161-2010、JJF 1171-2007等有關(guān)規(guī)定，強調(diào)在讀取測量標(biāo)準(zhǔn)示值時記錄計時器示值，計算、處理同一時刻的測量標(biāo)準(zhǔn)與采集儀的數(shù)據(jù)。
6
關(guān)于校準(zhǔn)結(jié)果的表達及復(fù)校時間間隔
“校準(zhǔn)結(jié)果的表達”中的描述采用了JJF1071-2010《國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》中規(guī)定的內(nèi)容。其中“校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明”中提出了具體要求，即應(yīng)給出“基本誤差、時鐘誤差的校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度，以及采樣間隔、記錄間隔、發(fā)送數(shù)據(jù)時間間隔、啟停方式、超溫報警以及外觀檢查結(jié)果的說明”。
采集儀是一種電子測量儀器，隨著使用時間的推移性能將發(fā)生一定的變化，因此應(yīng)該定期對其進行校準(zhǔn)，參照其它有關(guān)規(guī)程規(guī)范的規(guī)定，本規(guī)范規(guī)定其復(fù)校時間間隔最長不超過1年。
由于影響采集儀測量性能的因素很多，并且采集儀不屬于強制檢定的計量器具，因此按照J(rèn)JF 1071-2010規(guī)定，本規(guī)范對復(fù)校時間間隔的規(guī)定中強調(diào)了“由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔”。
7
附錄的設(shè)置
附錄A給出了校準(zhǔn)記錄的參考格式；
附錄B給出了校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式；
附錄C給出了采用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計作測量標(biāo)準(zhǔn)、0.1℃分辨力采集儀作被校儀器的不確定度評定示例；
附錄D給出了采用標(biāo)準(zhǔn)表電阻溫度計作測量標(biāo)準(zhǔn)、0.01℃分辨力采集儀作被校儀器的不確定度評定示例。
浙江省計量科學(xué)研究院
二○一一年六月三十一日
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