工業熱電阻自動檢測系統測量不確定度評估

摘要:文章介紹了工業熱電阻自動檢測系統測量不確定度的評估,并得出結論。
1概述
1.1測量依據:依據JJG229-2010《工業鉑銅熱電阻檢定規程》。
1.2測量方法:用比較法將標準鉑電阻溫度計與被檢熱電阻同時置于0℃冰點槽或100℃恒溫槽中,待溫度穩定后,通過測量標準與被檢的電阻值,由標準算出實際溫度,然后通過公式計算得出被檢的實際值R(t)。
1.3測量標準:二等標準鉑電阻溫度計(0~419.275)℃。
1.4電測設備:熱電阻溫度計自動檢定裝置。
1.5被測對象:AA級工業鉑熱電阻(-50~+250)℃
分度號:Pt100。.
1.6評定結果的使用:
　　在符合.上述條件下的測量結果,一般可直接使用本.不確定度的評定結果。
2.冰點（0℃）不確定度分析
2.1數學模型
 
　　將微小變量用不確定度代替,合成后可得方差
 
2.2靈敏系數
c1=1,c2=1,C3=-1。
2.3標準不確定度分量的來源與計算
2.3.1utri項引入的不確定度分量
(1)檢定重復性引入的標準不確定度u1.I
　　在本檢定系統中用同一支標準鉑電阻溫度計和同一支被檢AA級鉑熱電阻作試樣檢3次,用極差法考核其重復性,經實驗得出最大差值為3mΩ以內。通道間偏差以阻值計時不應大于2mΩ,加上通道間差異,重復性為5mΩ,即0.0139℃,則u1.1=0.013+1.69=0.00779℃
(2)冰點器(恒溫槽)溫場不均勻性引人的不確定度u1.2
0℃:根據經驗數據,冰點混合物由于雜質含量等原因，0℃的偏差為+0.01C,取均勻分布,半寬度a=0.01℃,故:
 
(3)由電測儀器測量被檢所引人的不確定度分量u1.3
　　本系統用的為精度高7位半多用表2010
0℃測量時,被檢電阻應該在100Ω左右,,此時數字表精度位:
100x10^-7x讀數+40x10^-7x量程
電測儀器引人誤差半寬為
100x10^-7x100+40x10^-7x100=0.0014Ω
用溫度表示:半寬a=0.0036℃
服從均勻分布,即
 
(4)由被檢的自熱效應所引人的不確定度分量u1.4
　　根據實驗經驗,0℃與100℃自熱效應估算比較相近，以半區間估計為
2mΩ約等于5mk,可看作兩點分布,所以
u1.4=5/1=5mK=0.005℃.
 
2.3.2utr0項引人的不確定度分量u2
　　依據JJC160-2007檢定規程,二等鉑電阻溫度計的R*tp值在水三相點多次分度之差不允許超過5.0mK,服從均勻分布,得:
 
2.3.3utri*引人的標準不確定度u3.1
(1)電測儀器測標準引人的標準不確定度u3.1
　　由于要求用同一設備測量標準的R*tp與Rt*,用W=R*t;/R*tp來計算溫度,因此而且R*tp與R*t相關,所以計算結果得此項不確定度約等于0.001mK,與其他分量相比，可以忽略不計。
(2)標準鉑電阻溫度計的自熱影響引人的標準不確定度u3.2
　　依據JJG160-2007檢定規程,二等鉑電阻溫度計的自熱效應不得超過4mK,服從均勻分布
 
因此u3=0.0012℃
2.4.0℃點標準不確定度一覽表
 
2.5合成不確定度
 
2.6擴展不確定度
　　取置信因子k=2時,得擴展不確定度:U=kuc
0℃:U=2x0.011=0.022℃
3.100℃點不確定度分析
3.1數學模型
 
式中:R(100)-被檢熱電阻在100℃點的測得值,Ω;
Rb一被檢熱電阻在100℃點附近的測得值,Ω;
R*b一標準器的測得值,Ω;
W*100一標準器證書上的比值;
W*b一標準器在100%點測得的阻值R*b與同一電，測實測得的R*tp值之比;
R*tp一檢定時用系統所配電測儀器實測得標準器的水三相點值,Ω。
3.2靈敏系數
c1=1,c2=-97.93
3.3.Rb引入的不確定度分量u1
3.3.1測量重復性
　　在本檢定系統中用同一支標準鉑電阻溫度計和同一支被檢AA級鉑熱電作試樣檢3次,用極差法考核其重復性,經實驗最大差值為7mQ以內。通道間偏差以阻值計時不應大于2mΩ,加上通道間差異,重復性為9mΩ,即0.024℃,則
u1.1=0.024+1.69=0.014℃
3.3.2溫場均勻性的影響u1.2
(1)恒溫槽水平均勻性的影響
　　恒溫槽水平均勻性為0.01℃,以標準器所在孔位為基點,以半區間等概率分布計人,則有
 
(2)溫場的變化波動影響
　　根據本系統熱電阻的溫特性為0.04℃/10min,以測量時間為5min變化計為0.02℃,以標準器為基點在被檢項上有半區間、均勻分布的不確定,即
 
3.3.3電測設備測被檢引入的不確定度分量u1.3
　　此時被檢電阻阻值應在138.51Ω附近，數字表用1KN檔,所以有
100x10^-7x138.51+1000x10^-7x10=0.0023850
用溫度表示:半寬a=0.0064℃
服從均勻分布即u1.3=0.0064+√3=0.0037℃
3.3.4被測的自熱效應影響u1.4
　　在沸點由于溫度較高,根據試驗觀察，外部熱效應影響較小,但被檢的阻值較大,內部熱效應有一定程度的增大,故仍可按0℃點的估算
u1.4=5/1=5mK=0.005℃
 
3.4.W*b引人的不確定度u2
　　該項是檢定時對標準器在檢定點b.上的測量所包含的不確定度來源。
3.4.1電測儀器測標準的Rb時引人的不確定度分量u2.1
　　因為此時電測設備仍用100Ω檔,由于要求用同一設備測量標準的R*tp與R*t,用W=Rt*/Rtp*來計算溫度,因此Rtp*與R*t;相關,對W=R*t/R*tp全微分,有
 
3.4.2標準器R*tp檢定過程的變化引人的不確定度u2.2
　　檢定工業鉑熱電阻過程并不要求每次測量完后即檢水三相點值。所以該變化的影響將直接帶人計算結果中。該變量以合格的標準器在檢定過程中的允許變化量5mK計,換算成W值即1.995x10^-5以半區間計人,均勻分布,則
 
3.5直接引人W*100計算引起的不確定度分量u3
　　根據我國中溫量傳系統頒布數據,二等標準器的W*100的變化轉換為溫度值不超過3.6mK
 
3.6.100℃點標準不確定一覽表
 
3.8擴展不確定度
　　取置信因子k=2時,得擴展不確定度:U=kuc
100℃:U=2x0.017=0.034℃
4對使用二等標準鉑電阻溫度計標準裝置校準AA級
　　工業鉑熱電阻溫度計的測量不確定度評估依據JJC229-2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》規定,需校準0℃、100℃共2個點。其測量不確定度見表3:
 
5校準和測量能力(CMC)
　　AA級工業鉑熱電阻溫度計是使用二等標準鉑電阻溫度計可校準的校工業鉑熱電阻溫度計,因此該項目的CMC為:
09℃,U=0.022℃;100℃，U=0.034℃