工作用廉金屬熱電偶溫度修正值測量結果的不確

摘要:本文主要介紹了工作用廉金屬熱電偶測量結果的不確定度評定的方法。
0引言
　　廉金屬熱電偶主要采用兩種不同成分的均質導體為熱電極組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢。本文主要針對K型廉金屬熱電偶,依據JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》,運用雙極法進行校準。用二等鉑銠-10鉑熱電偶作為標準器,采用高溫檢定爐提供恒溫溫場,通過低熱電勢掃描開關分別將標準熱電偶和被檢熱電偶溫度轉換為電勢進行測量。對校準結果進行處理時需要考慮標準系統和被檢系統的不確定度進行評定。

名稱	不確定度/精度	編號	型號/類型
鉑銠10-鉑熱電偶	二等	S11-3285	S型
數字電壓表 (30mV)	3×10-5	0685922	182
數字電壓表 (300mV)	10×10-6	0685922	182
熱電偶檢定爐	0.2℃	0019901	TCM1300
低熱電勢掃描開關	0.08μV	991102	TCM18
依據的技術文件	依據JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》
測試低點	建造公司A座高溫室
環境條件	實驗溫度:20℃相對濕度:45%

2被檢對象
　　本文被校準的對象為K型熱電偶,I級，允許誤差為±△t=0.75%t。以誤差最大點400℃作為評定點。
3校準結果的不確定度評定
3.1數學模型
 
　　式中,e_被(t)為被測熱電偶在需測量溫度點t的熱電動勢;e_被(t")為被測熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;E_標(t)為標準熱電偶證書上的電勢值;e_標(")為標準熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;S_標(t),S_被(t)為標準、被測熱電偶在需測量點溫度t的微分電動勢。
3.2測量不確定度來源
1)輸入量e_被(t")的標準不確定度u(e_被);
2)輸人量E_標(t)的標準不確定度u(E_標);
3)輸入量e標(t")的標準不確定度u(e_標)。
3.3不確定度評定.
3.3.1輸入量e_被([t")的標準不確定度u(e_被)
　　該不確定度來源于被測熱電偶測量重復性、數字電壓表測量誤差、檢定爐溫場不均勻、測量回路寄生電勢以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標準不確定度u(eg)的評定
　　u(e_被1)不確定度來源于被測熱電偶測量重復性,采用A類方法進行評定。
　　在校準點穩定條件下對被校熱電偶重復測量12次,數據為(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驗標準差為
 
5764mV的標準不確定度為u(e_被2)=0.249μV。
3)熱電偶檢定爐溫場分布不均勻引人的不確定度u(e_被3)
　　由檢定爐溫場分布不均勻引人的最大誤差不超過20μV,在區間內可認為均勻分布，包含因子k=√3,取半寬為10μV,故標準不確定度為u(e_被3)=10√3=5.774μV。
4)低熱電勢掃描開關引人的不確定度u(e_被4)
　　根據掃描開關證書可知,標準不確定度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)
　　由經驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶來的誤差不超過±4.0μV(相當于±0.1℃),按照均勻分布,包含因子k=√3,取半寬4.0μV,故標準不確定度u(e_被5)=4/√3=2.31μV。
6)輸人量eu(t")的標準不確定度u(e_被)的合成
　　輸人量e被(t")的標準不確定度u(e被)由分項u(e被1)~u(e被5)合成，則標準不確定度為:
 
3.3.2輸人量E_標(t)的標準不確定度E_標的評定
　　輸人量E_標(t)的標準不確定度來源于二等標準鉑銠10_鉑熱電偶分度值的不確定度和其年不穩定性情況,采用B類方法進行評定。
1)不確定度u(E標)的評定
　　二等標準鉑銠10-鉑熱電偶分度結果不確定度引人的誤差不超過±7μV,在區間內可認為均勻分布,包含因子k=√3,半寬為7μV,故標準不確定度=7/√3=4.041μV,
2)不確定度u(E_標2)的評定.
　　由二等標準鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩定性引人的標準不確定度,采用B類方法進行評定。
　　二等標準鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩定性引人的誤差不超過±10μV,在區間內可認為正態分布,包含因子k=3,半寬為10μV,故標準不確定度=10/3=3.333μV
3)標準熱電偶不確定度u(E_標)
 
3.3.3輸入量e_標(t′)的標準不確定度u(e_標)的評定
　　輸人量e_標(t′)的標準不確定度u(e_標)不確定度來源于被測熱電偶測量重復性、數字電壓表測量誤差、低熱電勢掃描開關以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標準不確定度u(e_標1))的評定
　　u(e_標1)來源于標準熱電偶測量重復性,采用A類方法進行評定。
　　在校準點穩定條件下對標準熱電偶重復測12次,數據為(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次測量的平均值=3.2575mV利用貝塞爾公式可得樣本標準差為
 
以3組的平均值為測量結果,則標準不確定度=sp√3=10.728μV
2)數字電壓表引人的不確定度u(e標)
　　由數字電壓表的證書可知,數字電壓表在30mV的相對擴展不確定度為3x10^-5,故在校準3.2574mV的標準不確定度=0.049μV
3)低熱電勢掃描開關引人的不確定度u(em)
　　根據掃描開關證書可知,標準不確定度為u(e_標2)=0.08/2=0.04μV
4)參考端恒溫器引人的不確定度u(e_標3)
　　由經驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶米的誤差不超過±0.54μV(相當于+0.1℃),按照均勻分布，包含因子k=√3，取半寬0.54μV,故標準不確定度u(e_標3)=0.54/√3=0.31μV
5)輸人量e_標(t′)的標準不確定度u(e_標)的計算
　　輸人量e_標(t")的標準不確定度u(e_標)由分項u(e_標)~u(e_標1)合成，則標準不確定度為:
 
5擴展不確定度
　　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測量結果
 
7小結
　　本文通過對廉金屬熱電偶進行測量,并對測量結果有影響的不確定度分量進行分析,通過實際的測試數據進行計算,最終給出測量結果,為廉金屬熱電偶在以后的不確定度評定中提供了參考方法。