廉金屬熱電偶的不確定度計算

摘要:目前用量最大的廉金屬熱電偶是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，為保證計量性能的正確可靠，采用雙極法對其進(jìn)行檢定,用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型II級熱電偶,檢定點(diǎn)選取1000℃。文章重點(diǎn)介紹了該檢定方法和示值誤差的不確定度評定。
0引言
　　廉金屬熱電偶指K、N、E、J等熱電偶，此熱電偶一般用于中低溫場(chǎng)所使用，現場(chǎng)使用溫度一般在1200度以下。廉金屬熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的一種熱電偶,目前用量最大的廉金屬熱電偶就是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，其用量為其他熱電偶的總和。深切地感受到有了計算機給我們工作帶來(lái)的效率,為保證計量性能的正確可靠,和提高工作效率，根據多年工作經(jīng)驗，介紹一下用雙極比較法檢定K型熱電偶的不確定度分析，其它幾種熱電偶計算方法和K型熱電偶一樣，只需要做一個(gè)EXCEL表輸入數值就可。下面我們就用K型熱電偶舉例說(shuō)明廉金屬熱電偶不確定度的計算。
1概述
　　整套裝置的組成部分包括標準熱電偶、自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)、冰點(diǎn)恒溫器、熱電偶檢定爐.數字多用表控溫裝置及計算機綜合控制系統組成。其原理是把標準和被檢熱電偶捆扎成一束,對齊其工作端,將其放入檢定爐最高溫度位置，同時(shí)在冰點(diǎn)恒溫器中放入參考端,然后把各熱電偶與自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)用同材質(zhì)的導線(xiàn)連接起來(lái)。為控溫裝置設置檢定點(diǎn)問(wèn)題，保證爐溫一直在該檢定點(diǎn)溫度左右，此時(shí)各熱電偶所測量的爐溫就會(huì )在自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)及數字多用表中顯現出來(lái)。因各熱電偶所處在檢定爐內非常接近的位置,所測量的爐溫應該相同,如果不同,則以標準熱電偶為準，兩者之間的差就是被檢熱電偶的誤差,然后根據檢定規程的要求就可以判定被檢熱電偶是否合格。依據JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程,用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型,I1級熱電偶，檢定點(diǎn).選取1000℃。
2數學(xué)模型
　　依據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程中的計算公式:
 
　　式中各參數代表含義如表1。
　　方差和靈敏系數:
 
3不確定度分量的分析
3.1被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的標準不確定度(u)分析
①若被檢熱電偶測量端與標準所在位置存在差異,那么測量就會(huì )出現不確定度△e測。
規程要求熱電偶檢定爐工作區域的最大溫差不能大于1℃,在1000℃帶來(lái)41μV的誤差,取半區間20.5μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=41/2√3=11.836μV,由此可知其可靠程度為80%,自由度為12。
②若被檢熱電偶參考端與標準所在位置存在差異，那么測量就會(huì )出現不確定度△e參。
相關(guān)規范標準中要求在冰點(diǎn)恒溫器中放入熱電偶檢參考端，且要求冰點(diǎn)恒溫器工作區域不能大于0.1℃,帶來(lái)4.1μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=√3,Qe=4.1/√3=2.3672μV,由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
③由于重復多次的測量被檢熱電偶導致的測量不確
定度△e震。
在相同條件下1000℃檢定所分析的K型熱電偶，得
41.32441.32241.3224132541.32041.32541.320
41.32241.32341.325
 
④測量回路的寄生熱電勢可能帶來(lái)的測量不確定度
△e回。
　　自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)的寄生電勢和測量回路的寄生熱電勢不會(huì )大于1μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=1/√3=0.58μV由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
⑤數字多用表測量的不確定度△e數;
　　數字多用表有50mV的測量誤差為6uV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=6/√3=3.464μV
　　由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
　　合成以上五項,結果如下:
 
3.2標準熱電偶在檢定點(diǎn)的標準不確定度(u)分析
①由于標準與被檢熱電偶的測量端、參考端所處位置不-致導致的測量不確定度。
②標準熱電偶隨時(shí)間的不穩定(即標準偶在檢定點(diǎn)的證書(shū)值可能帶來(lái)的測量不確定度△e時(shí)
　　規程要求一-等標準鉑銠10-鉑熱電偶的年穩定性5μV,屬于均勻分布,故k=√3,使用一等標準熱電偶時(shí)△e測=5/√3=2.887μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
③數字多用表測量的不確定度△e數
　　數字多用表在10mV的測量誤差為4.5uV，屬于均勻分布，故k=3,△e測=4.5/√3=2.598μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
將以上2項合成
 
3.4擴展不確定度
　　取估計值的置信概率95%。Vveff=70,則k95=t(veff)=2.09。使用一等標準熱電偶時(shí)U95=2.09x0.446=0.93℃k95=2.09
4結論
　　通過(guò)以上檢定方法的介紹和對其測量結果的不確定度分析,從而實(shí)現了U<1/3-MPEV,符合檢定規程要求。這種方法對于其它各種型號等級的廉金屬熱電偶都很適用，通過(guò)做一個(gè)EXCEL文件,把對應的參數、數值輸入,可以快速的得到各種廉金屬熱電偶的擴展不確定度。