廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范

摘要:JJF1637(“廉金屬熱電偶校準(zhǔn)”)將JJG351(“工作用廉金屬熱電偶檢定”)替換為JJF1637與規(guī)程相比，標(biāo)準(zhǔn)重新定義了可校準(zhǔn)對象的溫度和長度，并進(jìn)一步精確了設(shè)備和其他設(shè)備使用，校準(zhǔn)方法發(fā)生變化，校準(zhǔn)結(jié)果的不確定性增加。本文對規(guī)程分析了以下方面的說明，其中總結(jié)了主要更改和注意事項(xiàng)。比較了規(guī)范與規(guī)程，比較范圍、標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)裝置、校準(zhǔn)方法、不確定性分析等變化，并對不確定性提出了不同的分析意見。
　　對于經(jīng)校準(zhǔn)的熱電偶允許長度要求，不許超過500mm校準(zhǔn)長度，可拆卸熱電偶(K,N,E,J)取代了舊的、新的活動的(K,N,E,J)熱電偶，長度小于750mm。當(dāng)前，低成本金屬熱電偶通用規(guī)范是1200C的通用溫度，它將K型和N型之間的熱電偶校準(zhǔn)限制降低到1200℃，符合等級規(guī)范。
1測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備
(1)標(biāo)準(zhǔn)器。要求規(guī)范和規(guī)程鉑銠10-鉑電阻熱電偶數(shù)保持不變，但從標(biāo)準(zhǔn)中去除(-30-300)℃兼容水銀溫度計(jì)范圍內(nèi)的測量值，只剩下鉑電阻溫度計(jì)。
(2)電測設(shè)備。規(guī)范還提高了電測儀器的指標(biāo)，廉金屬熱電偶使一級電測的精度提高到0.01以上，分辨率提高到0.1μV以上。此外，還給出了鉑電阻溫度計(jì)所使用標(biāo)準(zhǔn)電測量儀表的明確指標(biāo)。
(3)恒溫設(shè)備。對于低于300℃的溫度，原規(guī)程提到一個恒溫油槽，要求工作區(qū)溫度差低于0.2℃。該規(guī)范允許在活動工作區(qū)的任何兩個位置溫度差低于0.1℃。對于大于300C的恒定溫度，原規(guī)程要求管式爐最大均勻溫度場中心與爐體幾何中心沿軸線的偏差不得大于10mm;均勻溫度場的長度不得小于60mm,14mm范圍內(nèi)的半徑，任意兩點(diǎn)之間的溫差低于1℃。該規(guī)范要求配備均溫塊，軸向有效工作區(qū)30mm內(nèi)，任何兩點(diǎn)溫差絕對值低于0.5℃;徑向大于14mm范圍內(nèi)的半徑，同截面任意兩點(diǎn)間的溫差低于0.25℃。
(4)開關(guān)轉(zhuǎn)換。規(guī)程中寄生值必須小于1μV,該規(guī)范要求寄生值與各路寄生之間的差必須小于0.5μV。
(5)參考端恒溫器。基本溫度按照規(guī)范要求工作區(qū)溫度變化(0±0.1)℃,要求恒溫器深度至少200mm。
(6)補(bǔ)償導(dǎo)線。規(guī)范規(guī)定了溫度范圍(室溫70)C,允許偏差±0.2℃內(nèi)的補(bǔ)償。以前的規(guī)程里沒有這個。詳細(xì)比較指示符是先前規(guī)程中不存在的。詳細(xì)比較:標(biāo)準(zhǔn)零件，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)低于300℃，鉑電阻溫度計(jì)300℃或更高，二等等級鉑銠10-鉑熱電偶、測量儀、精度等級0.02或更高，分辨率最小值1μV,校準(zhǔn)1級偶:精度等級0.01或更高，最小分辨率0.1μV或更.高，校準(zhǔn)2級偶:精度等級大于0.02級。300C以下的.恒定油槽要求工作區(qū)溫度差小于0.2C,其中可檢測到的變化不超過±0.1℃.活動工作區(qū)中任意兩點(diǎn)之間的溫度差低于0.1℃,校準(zhǔn)時溫度變化低于0.1℃/min.讀取前后溫度變化不得超過攝氏2度。300℃管道爐最:高均勻溫度場的中心和爐子幾何中心沿軸線偏移小于10mm的均勻溫度場長度大于60mm,半徑小于14mm,以及小于1℃的任意兩點(diǎn)之間的溫差。溫度低于設(shè)定值士5℃，爐溫小于0.2℃/min，測量溫度變化低于士0.25℃。兩點(diǎn)溫度差的絕對值沿有效工作空間的軸小于0.5℃(軸向30mm)。半徑大于14mm時，同一截面兩點(diǎn)的絕對溫差為0.25C.測量點(diǎn)溫度低于±5℃,熔爐溫度變化低于0.2℃/min，測量點(diǎn)溫度變化低于0.5℃.熱電偶在爐中央放置高溫塊,在溫度為管式爐時配置恒溫塊，以確保管式爐加熱滿足要求。開關(guān)轉(zhuǎn)換，低于1μV的寄生電勢，低于0.5μV的寄生及各.路寄生電勢電壓，工作基本溫度為(0±0.1)℃，工作環(huán)境溫度為(0±0.1℃)，深度超過200mm。
(7)校準(zhǔn)程序。本規(guī)范要求在校準(zhǔn)熱電偶測量的溫度范圍內(nèi)至少校準(zhǔn)三個溫度點(diǎn)。與原始方法不同，本規(guī)范建議，如果校準(zhǔn)熱電偶電極的信號輸出無法插入?yún)⒖级说暮銣仄?，則補(bǔ)償線(約500mm)的一端可以連接到恒溫器，另--端可以連接到銅線，并將其均勻地插入?yún)⒖级说暮銣仄髦小ｃ~恒溫器的標(biāo)準(zhǔn)端必須插入熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)端至少150mm。根據(jù)這種校準(zhǔn)方法,被校準(zhǔn)的熱電偶可以從750毫米減少到500毫米，這大大縮短了熱電偶的長度。以前不適合恒溫器的熱電偶者已經(jīng)可以被校準(zhǔn)了。300℃以下規(guī)范使用鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)，因此本規(guī)范為熱電偶校準(zhǔn)提供了一種新的測量模型。測量方法和程序沒有顯著變化。應(yīng)采用比較法，循環(huán)測量不少于四次。如果原始工藝在每個溫度點(diǎn)校準(zhǔn)熱電偶，本規(guī)范要求恒溫裝置的技術(shù)規(guī)范。
(8)不確定性分析。校準(zhǔn)規(guī)范廉金屬熱電偶，一個例子是評估附錄JJF1637中熱力學(xué)電動勢和溫度顯示偏差的測量不確定度。本規(guī)程用400C分析了二等標(biāo).準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶和300℃二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)的熱電偶K型測量結(jié)果的不確定度。不確定性的主要來源是:反復(fù)引入的元件、電氣儀表、不均勻的溫度場和爐膛的溫度波動。轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電位、參考端子溫度和標(biāo)準(zhǔn)引入元件。此外，組件被認(rèn)為是相互獨(dú)立的。最后，擴(kuò)展不確定度的結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，在標(biāo)定溫度點(diǎn)測量結(jié)果的不確定度小于滿足要求的標(biāo)定熱電偶允許誤差的1.3。
 
(9)其他。對原規(guī)程所做的更改，并分析了這些更改的原因。在工作過程中，應(yīng)當(dāng)指出，影響熱電偶測量的最重要因素是電測儀器的干擾和恒溫器溫度場的不規(guī)則性。因此，本規(guī)范的環(huán)境條件如下:電氣測量儀器環(huán)境溫度和相對的空氣濕度必須符合要求;恒溫.器的工作環(huán)境不應(yīng)受到干擾或?qū)ν廨椛涓蓴_。由于補(bǔ)償線用作校正方法，管式加熱爐應(yīng)配備溫度補(bǔ)償塊。因此，在本說明附錄c中增加了熱電偶補(bǔ)償線校準(zhǔn)方法，從原規(guī)范中刪除了管式加熱爐溫度場測試方法。由于主要國家測量機(jī)構(gòu)提供的鉑銠10-鉑熱電偶的電動勢值是鋅、鋁和銅三個固體點(diǎn)的電動勢值，因此從附錄D中刪除了初始規(guī)范和100%溫度計(jì)制備方法中的鋅、銻和銅固定點(diǎn)的電動勢值以鋅、鋁和銅為例。
2恒溫設(shè)備技術(shù)要求發(fā)生了變化
　　根據(jù)JJG351對測量不確定性的影響評估了測量的不確定性。溫度場分布不均對測量影響最大。影響測量不確定性的比例排在第三位。必須改進(jìn)恒溫裝置的技術(shù)指標(biāo)。新標(biāo)準(zhǔn)要求校準(zhǔn)爐溫度場分布不均，并對測量產(chǎn)生重大影響。設(shè)置溫度補(bǔ)償塊。初始有效環(huán)境溫.度場指數(shù)不得大于1℃，軸向溫度場不得大于0.5℃,徑向溫度場不得大于0.25℃.因此,對測量不確定性的主要影響是校準(zhǔn)爐溫度場的熱傳導(dǎo)系數(shù)取決于空氣量和熱輻射。這兩種方法都對外部影響敏感，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)不均衡。經(jīng)過多年的熱電偶檢查，發(fā)現(xiàn)熱電偶檢直爐的溫度場不符合規(guī)定的技術(shù)要求，特別是在載荷條件下，溫度場的溫差是分裂型的。為確保校準(zhǔn)爐內(nèi)溫度場分布均勻，需要研究穩(wěn)定溫度場的類型和影響因素。在固定導(dǎo)熱系數(shù)中，導(dǎo)熱系數(shù)(或?qū)嵯禂?shù))決定物體內(nèi)部溫度的分布。金屬具有良好的導(dǎo)熱性，可在溫度場的均勻性方面發(fā)揮作用。校準(zhǔn)爐溫度補(bǔ)償塊解決了溫度補(bǔ)償塊的結(jié)構(gòu)問題:閉合端、開口端、插入熱電偶底座的開口端、單端或多孔端.溫度補(bǔ)償塊通常放置在校準(zhǔn)爐的中心，允許偏差為10m，最終位置是校準(zhǔn)溫度場的位置.在運(yùn)行過程中，校準(zhǔn)室兩端采用高溫密封，以減少氣流。溫度補(bǔ)償塊使用金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)，在熱補(bǔ)償塊內(nèi)，在穩(wěn)定溫度控制下快速均勻地釋放熱量，使有效室溫在新規(guī)范的特定范圈內(nèi)保持恒定。因?yàn)榫鶞貕K選擇材料至關(guān)重要。從導(dǎo)熱系數(shù)開始，不同金屬具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)越高，導(dǎo)熱性能越好。金屬加熱時，溫度會迅速面均勻地上升。熱演化迅速傳遞到整個金屬，容易平衡，溫度均勻，形成穩(wěn)定的空間。第二，熱電偶校準(zhǔn)時溫度將上升到1200℃.溫度越高，金屬和氧原子增大活力能力，氧化越快，阻力越小。膨脹性還應(yīng)考慮。隨著溫度的升高，大多數(shù)金屬的體積都在膨脹。生產(chǎn)最絡(luò)產(chǎn)品時，應(yīng)考慮膨脹因素，以便與校準(zhǔn)爐良好地協(xié)調(diào)爐體，促進(jìn)溫度場的均勻性和穩(wěn)定性。1000℃以下的溫度場分布均勻，符合最新規(guī)范。當(dāng)溫度為100℃時，熱系數(shù)大于900℃的合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不定，溫度場分布較差，因?yàn)镚H3030的熱系數(shù)可能達(dá)到900℃以上。導(dǎo)熱系數(shù)隨宏觀經(jīng)濟(jì)尺度的變化而變化。由于平衡塊的材料選擇正確，前后溫度場測量的溫差技術(shù)數(shù)據(jù)符合規(guī)范。
3增加了補(bǔ)償導(dǎo)線技術(shù)要求和補(bǔ)償導(dǎo)線的校準(zhǔn)方法
　　規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被校準(zhǔn)熱電偶的參考端為0℃.如果熱電偶的參考端不是0℃,則應(yīng)使用參考熱電偶或溫度補(bǔ)償端熱電偶的溫度測量環(huán)境溫度。原因是熱電偶參考端的溫度不同與相鄰環(huán)境溫度。校準(zhǔn)的短熱電偶和厚熱電偶影響極端熱傳導(dǎo)。參考溫度高于相鄰環(huán)境溫度。這允許使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或溫度傳感器來測量環(huán)境中的環(huán)境溫度，該環(huán)境不能真正反映熱電偶的參考溫度。此外，熱電偶的參考溫度隨爐溫變化。因?yàn)槭褂猛粎⒖级俗訉Χ鄠€熱電偶進(jìn)行補(bǔ)償是不合理的，因此新規(guī)范包含了補(bǔ)償線連接的具體要求。補(bǔ)償線的輸入分量為11.25μV,沖擊的重力最大。補(bǔ)償線滿足從室溫到70℃的±0.2℃的允許偏差。如果補(bǔ)償線為K分度30℃，誤差為±8.45μV，半寬為8.45μV,分布均勻,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為8.45/3=4.88μV,對技術(shù)指標(biāo)和校準(zhǔn)水平有嚴(yán)格要求。在一定溫度范圍內(nèi)，廉價的金屬導(dǎo)體與連接的熱電偶具有相同的熱電性能，稱為熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)體。符合要求的平衡線在使用前必須仔細(xì)過濾。當(dāng)然,有必要測量和校準(zhǔn)補(bǔ)償線。熱電偶焊接的測量端必須牢固、光滑，無污染、變質(zhì)、裂紋、氣孔、飛灰等，以最大限度地減小焊縫尺寸和傳熱誤差。通常是熱電偶螺紋直徑的兩倍。
4電測儀表準(zhǔn)確度等級與被校熱電偶的準(zhǔn)確度等級對應(yīng)起來
　　可使用《廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》(JJG351)中規(guī)定的0.02級電測量儀表和電測量儀表的不確定度分量，對各種廉金屬熱電偶進(jìn)行檢定。0.02級為2.29μV,為了根據(jù)新規(guī)范的技術(shù)要求提高電測量儀器的精度,0.02級電測量儀器只能校準(zhǔn)II級廉金屬熱電偶。0.01級電測量儀器只能校準(zhǔn)所有質(zhì)量的廉金屬熱電偶，不確定度分量為0.29μV。新的技術(shù)規(guī)格對電氣測量儀器提出了更高的要求。電氣測量儀器的選擇基于精度水平，測量結(jié)果的不確定度以最大允許誤差為例進(jìn)行評估。兩者之間的關(guān)系尚不清楚。JJF1262鎧裝熱電偶檢定控制和JJG141貴金屬熱電偶檢定控制是指電測量儀表的精度水平。這些文件都沒有直接解釋具體準(zhǔn)確性的重要性。技術(shù)人員長期以來一直模棱兩可，需要從技術(shù)角度進(jìn)行測量和評估。本文闡述了準(zhǔn)確度的重要性和來源，并討論了如何根據(jù)該指標(biāo)選擇電氣測量儀器。
概括地說，由廉金屬熱電偶的校準(zhǔn)可以說是邏輯的、概念性的、配套設(shè)備詳細(xì)更好的校準(zhǔn)。當(dāng)前，熱電動勢值是科學(xué)的。值得一提的是，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)時，在相同的條件下同時測量同一臺機(jī)器上的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測熱能量值，從而在校正時考慮到熱電勢標(biāo)準(zhǔn)值和被檢偶熱電勢值之間的相關(guān)性。