工作用廉金屬熱電偶溫度修正值測量結(jié)果的不確

摘要:本文主要介紹了工作用廉金屬熱電偶測量結(jié)果的不確定度評定的方法。
0引言
　　廉金屬熱電偶主要采用兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢。本文主要針對K型廉金屬熱電偶,依據(jù)JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》,運(yùn)用雙極法進(jìn)行校準(zhǔn)。用二等鉑銠-10鉑熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)器,采用高溫檢定爐提供恒溫溫場,通過低熱電勢掃描開關(guān)分別將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶溫度轉(zhuǎn)換為電勢進(jìn)行測量。對校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行處理時需要考慮標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和被檢系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行評定。

名稱	不確定度/精度	編號	型號/類型
鉑銠10-鉑熱電偶	二等	S11-3285	S型
數(shù)字電壓表 (30mV)	3×10-5	0685922	182
數(shù)字電壓表 (300mV)	10×10-6	0685922	182
熱電偶檢定爐	0.2℃	0019901	TCM1300
低熱電勢掃描開關(guān)	0.08μV	991102	TCM18
依據(jù)的技術(shù)文件	依據(jù)JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》
測試低點	建造公司A座高溫室
環(huán)境條件	實驗溫度:20℃相對濕度:45%

2被檢對象
　　本文被校準(zhǔn)的對象為K型熱電偶,I級，允許誤差為±△t=0.75%t。以誤差最大點400℃作為評定點。
3校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定
3.1數(shù)學(xué)模型
 
　　式中,e_被(t)為被測熱電偶在需測量溫度點t的熱電動勢;e_被(t")為被測熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;E_標(biāo)(t)為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書上的電勢值;e_標(biāo)(")為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;S_標(biāo)(t),S_被(t)為標(biāo)準(zhǔn)、被測熱電偶在需測量點溫度t的微分電動勢。
3.2測量不確定度來源
1)輸入量e_被(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_被);
2)輸人量E_標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E_標(biāo));
3)輸入量e標(biāo)(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))。
3.3不確定度評定.
3.3.1輸入量e_被([t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_被)
　　該不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測量誤差、檢定爐溫場不均勻、測量回路寄生電勢以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(eg)的評定
　　u(e_被1)不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性,采用A類方法進(jìn)行評定。
　　在校準(zhǔn)點穩(wěn)定條件下對被校熱電偶重復(fù)測量12次,數(shù)據(jù)為(單位mV):16.5874,16.5867,16.5867,16.5879,16.4912,16.4906,16.4897,16.4907,16.6521,16.6520,16.6513,16.6510。其平均值e被(t′)=16.5764mV,利用貝塞爾公式可得實驗標(biāo)準(zhǔn)差為
 
5764mV的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e_被2)=0.249μV。
3)熱電偶檢定爐溫場分布不均勻引人的不確定度u(e_被3)
　　由檢定爐溫場分布不均勻引人的最大誤差不超過20μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為均勻分布，包含因子k=√3,取半寬為10μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e_被3)=10√3=5.774μV。
4)低熱電勢掃描開關(guān)引人的不確定度u(e_被4)
　　根據(jù)掃描開關(guān)證書可知,標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_被4)=0.08/2=0.04μV。
5)參考端恒溫器引入的不確定度u(e_被5)
　　由經(jīng)驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶來的誤差不超過±4.0μV(相當(dāng)于±0.1℃),按照均勻分布,包含因子k=√3,取半寬4.0μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_被5)=4/√3=2.31μV。
6)輸人量eu(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_被)的合成
　　輸人量e被(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e被)由分項u(e被1)~u(e被5)合成，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
3.3.2輸人量E_標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度E_標(biāo)的評定
　　輸人量E_標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源于二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10_鉑熱電偶分度值的不確定度和其年不穩(wěn)定性情況,采用B類方法進(jìn)行評定。
1)不確定度u(E標(biāo))的評定
　　二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶分度結(jié)果不確定度引人的誤差不超過±7μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為均勻分布,包含因子k=√3,半寬為7μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度=7/√3=4.041μV,
2)不確定度u(E_標(biāo)2)的評定.
　　由二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩(wěn)定性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,采用B類方法進(jìn)行評定。
　　二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩(wěn)定性引人的誤差不超過±10μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為正態(tài)分布,包含因子k=3,半寬為10μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度=10/3=3.333μV
3)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶不確定度u(E_標(biāo))
 
3.3.3輸入量e_標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))的評定
　　輸人量e_標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測量誤差、低熱電勢掃描開關(guān)以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo)1))的評定
　　u(e_標(biāo)1)來源于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量重復(fù)性,采用A類方法進(jìn)行評定。
　　在校準(zhǔn)點穩(wěn)定條件下對標(biāo)準(zhǔn)熱電偶重復(fù)測12次,數(shù)據(jù)為(單位mV):3.2668,3.2668,3.2667,3..2667,3.2327,3.2326,3.2325,3.2325,3.2732,3.2732,3.2730。12次測量的平均值=3.2575mV利用貝塞爾公式可得樣本標(biāo)準(zhǔn)差為
 
以3組的平均值為測量結(jié)果,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度=sp√3=10.728μV
2)數(shù)字電壓表引人的不確定度u(e標(biāo))
　　由數(shù)字電壓表的證書可知,數(shù)字電壓表在30mV的相對擴(kuò)展不確定度為3x10^-5,故在校準(zhǔn)3.2574mV的標(biāo)準(zhǔn)不確定度=0.049μV
3)低熱電勢掃描開關(guān)引人的不確定度u(em)
　　根據(jù)掃描開關(guān)證書可知,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e_標(biāo)2)=0.08/2=0.04μV
4)參考端恒溫器引人的不確定度u(e_標(biāo)3)
　　由經(jīng)驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶米的誤差不超過±0.54μV(相當(dāng)于+0.1℃),按照均勻分布，包含因子k=√3，取半寬0.54μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo)3)=0.54/√3=0.31μV
5)輸人量e_標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))的計算
　　輸人量e_標(biāo)(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))由分項u(e_標(biāo))~u(e_標(biāo)1)合成，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
5擴(kuò)展不確定度
　　取包含因子k=2,則U=k×uc=2×66.376=132.75μV,換算成溫度為:U=3.1℃.
6測量結(jié)果
 
7小結(jié)
　　本文通過對廉金屬熱電偶進(jìn)行測量,并對測量結(jié)果有影響的不確定度分量進(jìn)行分析,通過實際的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,最終給出測量結(jié)果,為廉金屬熱電偶在以后的不確定度評定中提供了參考方法。