熱電偶電動勢的測量偏差分析

摘要:直流電位差計可以較準確地測量出被測值，但仍舊存在一定的偏差。對運用直流電位差計測量熱電偶熱電動勢產生的偏差進行分析，計算了測量系統的A類和B類不確定度。介紹了可以修正測量系統部分偏差的方法，說明了可略去的偏差原因.
0引言
　　熱電偶是工業生產上常用測溫儀表中的測溫元件，它能直接測量溫度，并把溫度這個物理量轉換成熱電動勢[1].因此，對熱電動勢值的準確測量可提高測溫的準確性、直流電位差計是利用直流補償原理制成的一-種測量儀器、所謂補償法也是一種比較測量法，測量準確度比較高，除測量電壓外，還用于測量電流、電阻、電功率(2].但是，采用直流電位差計測量熱電偶的熱電動勢，也會和其他儀器一樣產生一定的偏差，下面就其在測量熱電偶熱電動勢時的不確定度進行分析計算.
1電位差計測量電動勢原理
　　如圖1所示是直流電位差計的原理圖，可分為三個回路[2].
 
　　回路III為工作電流回路，有輔助電源E,可變電阻Rp,調節電阻R和標準電阻RN.它的任務主要是提供一個穩定的工作電流.
　　回路I為校準回路，標準電池Es用來校準工作電流，把開關S合向1時，調節Rp改變工作電流，檢流計指零時有
Es=IRN(1)
　　回路II為測量回路，保持工作電流不變，把開關S合向2時，調節電阻R，若檢流計指零，表明被測電勢Ex與電阻R上的壓降相互補償，即
 
2測量系統中可修正及可忽略的偏差
2.1可修正的偏差
 
　　測量電路中，各種接觸點很多，不可能做到完全歐姆接觸，而且接點的熱容量也各不相同，因而不可避免地會產生附加電勢，即寄生電勢，它與被測熱電動勢值相疊加從而影響被測量值.減少寄生電勢的方法是電流換向法，考慮到寄生電勢方向與電流方向無關，故本文采用如圖2(見15頁)所示的測量電路.
 
2.2可忽略的偏差
　　在測量電路配制中，盡量使用偏差可略的元件，其中包括:調節電阻Rp調節不夠所造成的偏差;因工作電流和被測熱電勢數值都較低且漏電并不嚴重，所以絕緣電阻達不到理想狀況的無窮大而引起的偏差也可忽略;在配制較好的穩壓電源情況下，可忽略工作電流回路輸出端電壓變化帶來的偏差[3].
3熱電偶熱電動勢測量值的不確定度
3.1A類不確定度UA
　　表1是電位差計在熱電偶溫差一定時的熱電動勢測量值，共計10次.
 
　　由此看到該項偏差就是電阻上的偏差，主要有溫度偏差和制造調整偏差.對于本測量使用的UJ31型電位差計標準使用溫度是15~25℃,檢定溫度是20±1℃,設溫度每變化1℃電阻相對變化量為α，20±1℃到25℃之間溫度相對變化的最大可能值則為
rtmax=6(αR一αRN)
　　而UJ31電位差計的|αR-αRN|≈7X10^-6,所以電阻上的溫度偏差為;
rtmax=6(αR-αRN)≈42X10^-6≈0.0042%
　　UJ31電位差計在制造時將電阻的制造調整偏差最大限制在0.01%,其余各部偏差可路.因此,此項偏差最大可能值為0.02%.溫度偏差和制造調整偏差總值為
rx≈0.0042%+0.02%≈0.024%
所以有
 
3.2.2電位差計測熱電偶熱電動勢溫度補償盤偏差的不確定度Ux.
　　溫度補償盤是對熱電偶冷端溫度進行補償的,測量中使用的溫度補償盤所產生的溫度補償電壓最大偏差是±50μV,即△Es=50μV,所以
 
3.2.3檢流計靈敏度偏差的不確定度UB3、UB4
　　測量電路中使用的檢流計為指針式，因其靈敏度不夠必然在校準回路和測量回路中引起系統偏差，設此兩項偏差的不確定度為UB3、UB4.
 
　　首先計算校準回路的檢流計靈敏度偏差的不確定度UB3.如圖3所示電路校準時若完全補償則有Es=IRN,但因受檢流計靈敏度不夠的限制,不可能做到完全補償,回路I中就有電流,必然引起工作電流的變化,分:析電路可知
 
　　其中標準電池內阻Rs=1200Ω、Rp=304.45Ω、R=17.10Ω、Rn=0.31082Ω、檢流計的靈敏度Sg=1.2X10⁶div/A.靈敏度閾值△n=0.3div、內阻Rg=180Ω.
 
　　其次，計算測量回路的檢流計靈敏度偏差的不確定度UB4.如圖4所示電路測量時若完全補償則有Ex=IRx,同樣因受檢流計靈敏度不夠的限制，不可能做到完全補償而產生偏差，分析電路可知
 
3結語
(1)應用Pro/E和ANSYS軟件建立了PVR系列葉片泵轉子的三維有限元模型，并對轉子模型進行了模態分析，得出了轉子的各階固有頻率及振型，這為對轉子作進一.步動力學分析打下了基礎，同時也為實驗模態分析中激勵方式、測點布置、采樣頻率等因素的確定提供了依據.(2)為準確確定元件的各階頻率及振型，一般采用應用軟件分析與試驗相結合的方式，因此本文用ANSYS分析所得的結果，也為和實驗數據進行比較提供了依據.通過二者結合后，一般可相對精確地確定元件的固有頻率及振型，為判斷元件在實際工作中是否會和外激勵發生共振以及如何避免共振提供了參考.