工作用廉金屬熱電偶溫度修正值測(cè)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(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)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(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò),此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)。本文主要針對(duì)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(chǎng),通過(guò)低熱電勢(shì)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(shì)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行處理時(shí)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(píng)定。

名稱	不確定度/精度	編號(hào)	型號(hào)/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(shì)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(cè)量不確定度評(píng)定與表示》
測(cè)試低點(diǎn)	建造公司A座高溫室
環(huán)境條件	實(shí)驗(yàn)溫度:20℃相對(duì)濕度:45%

2被檢對(duì)象
　　本文被校準(zhǔn)的對(duì)象為K型熱電偶,I級(jí)，允許誤差為±△t=0.75%t。以誤差最大點(diǎn)400℃作為評(píng)定點(diǎn)。
3校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定
3.1數(shù)學(xué)模型
 
　　式中,e_被(t)為被測(cè)熱電偶在需測(cè)量溫度點(diǎn)t的熱電動(dòng)勢(shì);e_被(t")為被測(cè)熱電偶在測(cè)量時(shí)(溫度點(diǎn)t")的熱電動(dòng)勢(shì);E_標(biāo)(t)為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書上的電勢(shì)值;e_標(biāo)(")為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在測(cè)量時(shí)(溫度點(diǎn)t")的熱電動(dòng)勢(shì);S_標(biāo)(t),S_被(t)為標(biāo)準(zhǔn)、被測(cè)熱電偶在需測(cè)量點(diǎn)溫度t的微分電動(dòng)勢(shì)。
3.2測(cè)量不確定度來(lái)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(píng)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(lái)源于被測(cè)熱電偶測(cè)量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測(cè)量誤差、檢定爐溫場(chǎng)不均勻、測(cè)量回路寄生電勢(shì)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(píng)定
　　u(e_被1)不確定度來(lái)源于被測(cè)熱電偶測(cè)量重復(fù)性,采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。
　　在校準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定條件下對(duì)被校熱電偶重復(fù)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(chǎng)分布不均勻引人的不確定度u(e_被3)
　　由檢定爐溫場(chǎng)分布不均勻引人的最大誤差不超過(guò)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(shì)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(yàn)和實(shí)驗(yàn)可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶來(lái)的誤差不超過(guò)±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(xiàng)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(píng)定
　　輸人量E_標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)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(píng)定。
1)不確定度u(E標(biāo))的評(píng)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(guò)±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(píng)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(píng)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(guò)±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(píng)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(lái)源于被測(cè)熱電偶測(cè)量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測(cè)量誤差、低熱電勢(shì)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(píng)定
　　u(e_標(biāo)1)來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)量重復(fù)性,采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。
　　在校準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶重復(fù)測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(shì)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(yàn)和實(shí)驗(yàn)可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶米的誤差不超過(guò)±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(jì)算
　　輸人量e_標(biāo)(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e_標(biāo))由分項(xiàng)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(cè)量結(jié)果
 
7小結(jié)
　　本文通過(guò)對(duì)廉金屬熱電偶進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的不確定度分量進(jìn)行分析,通過(guò)實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,最終給出測(cè)量結(jié)果,為廉金屬熱電偶在以后的不確定度評(píng)定中提供了參考方法。