一等鉑銠10熱電偶校準K型熱電偶測量不確

摘要:熱電偶是溫度測量中常用的傳感器之-一，被廣泛地應用在工業測量中。而K型熱電偶是常見的一種，對它的的校準是采用比較法中的雙極法。本文詳細論述了用一等鉑銠10-鉑熱電偶校準K型廉金屬熱電偶時不確定度評定的詳細過程，對校準廉金屬熱電偶工作具.有一定的指導意義。
0引言
       熱電偶是溫度測量中常用的傳感器之一，它的種類有很多,其中常見的是K型熱電偶，它由正負兩極組成，正極是含鉻10%的鎳鉻合金，負極為含硅3%的鎳硅合金。K型熱電偶不僅具有較大的熱電動勢,而且熱電動勢的線性良好。另外K型熱電偶具有良好的穩定性和均勻性,其抗氧化性強，價格也相對便宜,因此被廣泛地應用在工業測量中。
       K型熱電偶的校準是采用比較法中的雙極法，本文是用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶校準K型熱電偶。先將標準熱電偶套上保護管,然后將其與被校熱電偶捆扎,放置于檢定爐的同-.有效溫區處，并使標準與被校熱電偶的測量端處于同一個徑向截面上。將參考端置于冰瓶中,溫度由低到高的順序在各校準點上用電測裝置分別測量標準與被校熱電偶的熱電動勢,并將其進行比較，計算其誤差或相應熱電勢值。本文詳細論述了用一等鉑銠10-鉑熱電偶校準K型廉金屬熱電偶時不確定度評定的詳細過程，對校準廉金屬熱電偶工作具有一定的指導意義。
1概述
1.1校準依據
JJF1637-2017《廉金屬熱電偶校準規范》。
1.2校準環境條件
溫度(23+5)C,相對濕度(45~75)%。
1.3測量標準及其配套設備的主要技術參數
      一-等標準鉑銠10-鉑熱電偶在鋅、鋁、銅三個凝固點溫度的總不確定度δ=0.6°C,k=3;0.005級數字多用表,在DC100mV以下其年最大允許誤差為MPE:土(0.0050%x示值+0.0035%量程)mV。
1.4被校對象及其技術參數
      2級工作用K型(鎳鉻-鎳硅)熱電偶,在(333~1200)C范圍內最大允許誤差為MPE:+O.0075·t。
1.5校準方法
采用比較法中的雙極法。
1.6測得值不確定度評定的適用范圍.
       本實例中不確定度的評定采用了合并樣本偏差.的方法，因此本次不確定度的評定結果適用于使用同一套計量標準在相同的條件下進行測量示值基本相同的--組同類被測量。
2測量模型的建立
       在300%C以.上溫區，被校熱電偶在校準溫度點上熱電動勢的測量模型為:

式中:
e被(t)-被校熱電偶在某校準溫度點的熱電動勢值,mV;
e_被一被校熱電偶在某校準溫度點附近測得的熱電動勢算術平均值,mV;
`e<sub>標證</sub>一標準熱電偶證書，上某校準溫度點的熱電動勢值,mV;
`e_標一標準熱電偶在某校準溫度附近，測得的熱電動勢算術平均值,mV;
S_標、S_被一標準熱電偶、被校熱電偶在某校準溫度點的微分熱電動勢,uV/℃;
e_補一補償導線修正值,mV。
3不確定度來源和不確定度分量評定
       被校熱電偶輸入量`e<sub>被</sub>被引入的標準不確定度u(`e_標),其來源有被校熱電偶的測量重復性、數字多用表示值誤差、爐內溫場不均勻、爐溫的波動、轉換開關寄生電勢、參考端偏離0C、補償導線。標準熱電偶引入的不確定度,其來源有示值誤差e_標證和輸入量`e_標的測量重復性等。
3.1被校熱電偶測量重復性引入的標準不確定度u1
       用A類方法評定。對編號為R1#~R5"的5只被校熱電偶在400℃、600℃、800℃、1000℃四個校準點分別獨立進行重復測量,獲得5組每組10個測量數據，合并樣本標準偏差Sp1以400℃為例，獲得的測量數據見表1。

單次實驗標準差:

3.2數字多用表示值誤差引入的標準不確定度u2
      用B類方法進行評定。在K型的熱電偶校準過程中,數字多用表的使用范圍是DC100mV以下，在這個范圍內，其年最大允許誤差為MPE:土(50×10^-6讀數+35×10^-6量程)。在區間內可認為服從均勻分布，包含因子k=/3,由測得重復性數據的平均值可以求出數字多用表的示值誤差在各校準點引入的不確定度分量u2結果見表3。

3.3爐內溫場不均勻引入的標準不確定度u3,
       用B類方法進行評定。爐內溫場同一截面任意兩點的溫差絕對值不應大于0.25℃，在區間內可認為服從均勻分布,包含因子h=/3,可以計算出在各溫度校準點引入的標準不確定度，見表4。

3.4爐溫的波動引入的標準不確定度u4
       用B類方法評定。校準時，每個校準點的整個讀數過程,溫度的變化不得大于0.5℃，在區間內可認為服從均勻分布，包含因子k=√3,可以計算出在各校準點爐溫的波動引入的標準不確定度，見表5。

3.5轉換開關寄生電勢引入的標準不確定度u5
       用B類方法進行評定。轉換開關各路寄生電動勢最大之差不應超過±0.5uV,半寬為0.5uV,在區間內可認為均勻分布，包含因子k=√3,因此引入.的標準不確定度為:

3.6參考溫度偏離0℃引入的標準不確定度u6
       用B類方法進行評定。參考端恒溫器工作溫區變化不應超過±0.1℃，以微分電動勢39.45uV/℃計算，換算成熱電動勢為3.945uV,半寬為3.945uV,在區間內可認為均勻分布，包含因子k=√3.故標準不確.定度為:

3.7標準熱電偶示值誤差e,_標證在某校準點引入的標準不確定度u(e_標證)
       用B類方法進行評定。在區間內可認為均勻.分布,包含因子k=/3,根據檢定證書查出標準熱電偶在各校準點的熱電動勢值，并計算出其在各校準點引入的標準不確定度u(e_標證)見表7。

3.8標準熱電偶測量重復性`e<sub>標</sub>引入的標準不確定.度u(`e_標)
       用A類方法進行評定。用一等標準熱電偶分別在各校準點測得5組每組10個重復性測量數據，合并標準偏差得到sp2實際校準工作中是以4次測量的平均值作為測得值，故u(`e_標)=sp1/4。其400℃點測量數據見表8。

       用同樣的方法獲得標準熱電偶在其他校準點的重復測量數據，并計算出測量重復性在各點引入的標準不確定度u(`e_標),如表9所示標

3.9補償導線引入的標準不確定度u(e_補)
      用B類方法進行評定。經測量,K型補償導線在30℃時誤差為土0.2℃，約為±8.45uV,半寬為8.45uV,按均勻分布考慮,包含因子h:=/3.則標準不確定度為:
4確定度傳播公式及靈敏系數
       測量模型中各個輸入量的不確定度相互獨立，根據不確定度傳播律:

5標準不確定度分量匯總表(見表11)


8結束語
       用一等標準鉑銠10－鉑熱電偶校準2級K型熱電偶時，在(333～1000)℃范圍內其最大基本誤差為MPE:±0.0075·t，可以計算出在400℃時MPE:±3℃、600℃時MPE:±4.5℃、800℃時MPE:±6℃、1000℃時MPE:±7.5℃。對應各點的不確定度評定結果均落在最大允許誤差的1/3～1/10內，因此評定結果合理，可以用于指導日常2級熱電偶的校準工作。