廉金屬熱電偶的不確定度計算

摘要:目前用量最大的廉金屬熱電偶是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，為保證計量性能的正確可靠，采用雙極法對其進(jìn)行檢定,用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型II級熱電偶,檢定點選取1000℃。文章重點介紹了該檢定方法和示值誤差的不確定度評定。
0引言
　　廉金屬熱電偶指K、N、E、J等熱電偶，此熱電偶一般用于中低溫場所使用，現(xiàn)場使用溫度一般在1200度以下。廉金屬熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的一種熱電偶,目前用量最大的廉金屬熱電偶就是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，其用量為其他熱電偶的總和。深切地感受到有了計算機(jī)給我們工作帶來的效率,為保證計量性能的正確可靠,和提高工作效率，根據(jù)多年工作經(jīng)驗，介紹一下用雙極比較法檢定K型熱電偶的不確定度分析，其它幾種熱電偶計算方法和K型熱電偶一樣，只需要做一個EXCEL表輸入數(shù)值就可。下面我們就用K型熱電偶舉例說明廉金屬熱電偶不確定度的計算。
1概述
　　整套裝置的組成部分包括標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、自動掃描開關(guān)、冰點恒溫器、熱電偶檢定爐.數(shù)字多用表控溫裝置及計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)組成。其原理是把標(biāo)準(zhǔn)和被檢熱電偶捆扎成一束,對齊其工作端,將其放入檢定爐最高溫度位置，同時在冰點恒溫器中放入?yún)⒖级?然后把各熱電偶與自動掃描開關(guān)用同材質(zhì)的導(dǎo)線連接起來。為控溫裝置設(shè)置檢定點問題，保證爐溫一直在該檢定點溫度左右，此時各熱電偶所測量的爐溫就會在自動掃描開關(guān)及數(shù)字多用表中顯現(xiàn)出來。因各熱電偶所處在檢定爐內(nèi)非常接近的位置,所測量的爐溫應(yīng)該相同,如果不同,則以標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為準(zhǔn)，兩者之間的差就是被檢熱電偶的誤差,然后根據(jù)檢定規(guī)程的要求就可以判定被檢熱電偶是否合格。依據(jù)JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程,用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型,I1級熱電偶，檢定點.選取1000℃。
2數(shù)學(xué)模型
　　依據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程中的計算公式:
 
　　式中各參數(shù)代表含義如表1。
　　方差和靈敏系數(shù):
 
3不確定度分量的分析
3.1被檢熱電偶在檢定點的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(u)分析
①若被檢熱電偶測量端與標(biāo)準(zhǔn)所在位置存在差異,那么測量就會出現(xiàn)不確定度△e測。
規(guī)程要求熱電偶檢定爐工作區(qū)域的最大溫差不能大于1℃,在1000℃帶來41μV的誤差,取半?yún)^(qū)間20.5μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=41/2√3=11.836μV,由此可知其可靠程度為80%,自由度為12。
②若被檢熱電偶參考端與標(biāo)準(zhǔn)所在位置存在差異，那么測量就會出現(xiàn)不確定度△e參。
相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中要求在冰點恒溫器中放入熱電偶檢參考端，且要求冰點恒溫器工作區(qū)域不能大于0.1℃,帶來4.1μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=√3,Qe=4.1/√3=2.3672μV,由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
③由于重復(fù)多次的測量被檢熱電偶導(dǎo)致的測量不確
定度△e震。
在相同條件下1000℃檢定所分析的K型熱電偶，得
41.32441.32241.3224132541.32041.32541.320
41.32241.32341.325
 
④測量回路的寄生熱電勢可能帶來的測量不確定度
△e回。
　　自動掃描開關(guān)的寄生電勢和測量回路的寄生熱電勢不會大于1μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=1/√3=0.58μV由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
⑤數(shù)字多用表測量的不確定度△e數(shù);
　　數(shù)字多用表有50mV的測量誤差為6uV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=6/√3=3.464μV
　　由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
　　合成以上五項,結(jié)果如下:
 
3.2標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(u)分析
①由于標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶的測量端、參考端所處位置不-致導(dǎo)致的測量不確定度。
②標(biāo)準(zhǔn)熱電偶隨時間的不穩(wěn)定(即標(biāo)準(zhǔn)偶在檢定點的證書值可能帶來的測量不確定度△e時
　　規(guī)程要求一-等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年穩(wěn)定性5μV,屬于均勻分布,故k=√3,使用一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時△e測=5/√3=2.887μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
③數(shù)字多用表測量的不確定度△e數(shù)
　　數(shù)字多用表在10mV的測量誤差為4.5uV，屬于均勻分布，故k=3,△e測=4.5/√3=2.598μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
將以上2項合成
 
3.4擴(kuò)展不確定度
　　取估計值的置信概率95%。Vveff=70,則k95=t(veff)=2.09。使用一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時U95=2.09x0.446=0.93℃k95=2.09
4結(jié)論
　　通過以上檢定方法的介紹和對其測量結(jié)果的不確定度分析,從而實現(xiàn)了U<1/3-MPEV,符合檢定規(guī)程要求。這種方法對于其它各種型號等級的廉金屬熱電偶都很適用，通過做一個EXCEL文件,把對應(yīng)的參數(shù)、數(shù)值輸入,可以快速的得到各種廉金屬熱電偶的擴(kuò)展不確定度。