鎳鉻-鎳硅熱電偶測量誤差的不確定度評定

摘要:本文依據(jù)《測量不確定度的評定與表示》.JJF1637-2017《康金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》等有關(guān)技術(shù)文件對鎳鉻-鎳硅熱電偶的不確定度進(jìn)行了評定。計量標(biāo)準(zhǔn)采用的是一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶,按規(guī)范要求做了重復(fù)性實驗，獲得了有效的測量數(shù)據(jù),計算出了測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,并把整個測量過程中能夠引入不確定度的各個因素進(jìn)行了一-分析,最后計算出合成不確定度,進(jìn)而給出了擴展不確定度。
1概述
①測量依據(jù):JF1637-2017<廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》。
②被測對象:鎳鉻-鎳硅熱電偶，測量范圍(300-1100)℃。
③測量標(biāo)準(zhǔn):一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶,測量范圍:(0~1300)℃。
④測量方法:校準(zhǔn)鎳鉻-鎳硅熱電偶用-等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作為測量標(biāo)準(zhǔn)，采用雙極比較法進(jìn)行測量，將標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶與被校準(zhǔn)鎳鉻-鎳硅熱電偶按要求捆扎成束,置于檢定爐中的均溫塊里。選取測量溫度點,按JJF1637-2017《廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)要求進(jìn)行測量。
2測量模型
 
　　式中:e被(t)一被校熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點的熱電動勢,單位:mV;
`e被一一被校熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點附近，測得的熱電動勢算數(shù)平均值,單位:mV;
e標(biāo)證一一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書上某校準(zhǔn)溫度點的熱電動勢值,單位:mV;
`e標(biāo)一一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點附近，測得的熱電動勢算數(shù)平均值，單位:mV;
S標(biāo)S被一一分別為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、被校熱電偶在某校.準(zhǔn)溫度點的微分熱電勢,單位:μVPC;
e補一一補償導(dǎo)線修正值，單位:mV。
3不確定度傳播公式
　　測量模型中各個輸入量引入的測量不確定度相互獨.立,互不干涉,根據(jù)不確定度傳播率:
 
4標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
　　被校熱電偶輸入量`e被引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`e被)，其來源有被校熱電偶的重復(fù)性，電測儀器測量誤差、爐內(nèi)金屬均溫塊徑向溫場的不均勻性、爐溫的波動、轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸電勢、參考端溫度不等于0℃、補償導(dǎo)線;
　　標(biāo)準(zhǔn)熱電偶引入的不確定度,其來源有整百攝氏度點e標(biāo)準(zhǔn)和輸入量`e標(biāo)重復(fù)性測量等。
4.1被校熱電偶重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U1,用A類方法進(jìn)行評定
　　對被檢鎳鉻-鎳硅熱電偶在重復(fù)性條件下在400℃、600℃、800℃點分別進(jìn)行測量10次,測得數(shù)據(jù)見表1。
 
　　由測得數(shù)據(jù)計算實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差,按下列公式計算:
 
s(400℃)=0.0037mV;
s(600℃)=0.0050mV;
s(800℃)=0.0027mV。
　　規(guī)程要求每一個測量點需要測量4次，取算術(shù)平均值作為測量結(jié)果,所以:
U1(400℃)=0.0037mV/V4=1.85μV;
U1(600℃)=0.0050mV/V4=2.50μV;
U1(800℃)=0.0027mV/V4=1.35μV。.
4.2數(shù)字多用表示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量.u2,用B類方法進(jìn)行評定
　　查數(shù)字多用表校準(zhǔn)證書可知，數(shù)字多用表在(0~100).mV范圍內(nèi)最大誤差為0.0003mV(此處我們沒有采用數(shù)字多用表中的引用誤差概念，實際上其引入的不確定度很小,可以忽略不計。)
考慮其按均勻分k=V3布,則:
u2=0.0003mV√3=0.17μV
4.3金屬均溫塊徑向溫場不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定.度u3,用B類方法進(jìn)行評定
　　校準(zhǔn)時，由于爐內(nèi)放置的金屬均溫塊徑向溫場不均勻，經(jīng)測試最大差值為0.2℃，換算成熱電勢值為8.45μV。按均勻分布考慮，包含因子k=√3，取半寬為4.22μV。則,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U3=4.22μuV/√3=2.44μV
4.4爐溫波動引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u,用B類方法進(jìn)行評定
　　測量時，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測得溫場實際變化不超過1.0μV,以微分電勢9.567μV/℃計算(相當(dāng)于0.10℃),再以微分電勢42.24μV/℃計算，帶來的誤差為4.22μV。按均勻分布考慮,包含因子k=V3,取半寬為2.11μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U4=2.11/√3=1.22μV
4.5低電勢掃描開關(guān)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u5,用B類方法進(jìn)行評定
　　低電勢掃描開關(guān)各路之間最大寄生電勢之差不大于0.5μV。按均勻分布考慮，包含因子k=√3，半寬為0.5μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U5=0.5/√3=0.29μV
4.6參考端溫差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6用B類方法進(jìn)行評定
　　經(jīng)測量參考端不為0℃，誤差為0.05℃，以微分電勢39.45μV/℃計算,換算成熱電勢值為1.97μV。按均勻分布考慮,包含因子k=√3,半寬為0.5μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U6=1.97/√3=1.14μV
　　由于輸入量u1、u2、u3、u4、u4、u5、u6彼此之間相互獨立,則:
 
4.7標(biāo)準(zhǔn)熱電偶整百攝氏度e標(biāo)證引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,用B類方法進(jìn)行評定
　　經(jīng)查，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶最大允差為15μV，按均勻分布考慮,包含因子k=√3,半寬為7.5μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(e標(biāo)證)=7.5√3=433μV
4.8標(biāo)準(zhǔn)熱電偶輸入量`e標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,用.A類方法進(jìn)行評定
　　輸入量`e標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`e標(biāo)),標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp2為:
 
　　實際測量以4次測量值的平均值作為測量結(jié)果,故
u(`e標(biāo))=2√4=1μV
4.9補償導(dǎo)線引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e補),用B類方法進(jìn)行評定
　　經(jīng)測量,K型補償導(dǎo)線在30℃時，誤差+0.2℃(±8.45μV)，按均勻分布考慮，包含因子k=√3，半寬為7.5μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(e補)=8.45√3=4.88μV
4.10標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量列表
 
5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
 
6擴展不確定度的評定
取k=2,測量點為:
400℃時:U(400℃)=kuc(400)=41μV(相當(dāng)于1.0℃);
600℃時:U(600℃)=kuc(600)=41μV(相當(dāng)于1.0℃);
800℃時:U(800℃)=kuc(800)=41μV(相當(dāng)于1.0℃)。