鎧裝熱電偶兩種校準方法的比較

摘要:通過(guò)JJG351-1996與JJF1262-2010兩種方法對8支鎧裝K型熱電偶進(jìn)行測試，分析得出后者方法的復現性佳，不確定度小，符合鎧裝廉金屬熱電偶的固有特性。
0引言
　　熱電偶按結構類(lèi)型分類(lèi)，可分為裝配式熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶及各種專(zhuān)用熱電偶。裝配式熱電偶通常由熱電極、絕緣材料、保護管和接線(xiàn)盒等部分組成。鎧裝熱電偶由熱電極.絕緣材料和金屬套管組合在一起，并經(jīng)拉伸而成的組合式熱電偶。與裝配式熱電偶相比，鎧裝熱電偶熱慣性小，響應速度快;體積小，熱容量小;可撓性好;機械性能、耐介質(zhì)化學(xué)腐蝕性能好。
　　在JJF1262--2010《鎧裝熱電偶校準規范》川公布實(shí)施之前，并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對鎧裝熱電偶的特殊性能實(shí)施的規程或規范。因此，一般都參照JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》12進(jìn)行校準，即將鎧裝熱電偶與傳統裝配式熱電偶一樣，捆扎成束放人檢定爐中校準。因為外殼是金屬材料的鎧裝熱電偶，在被捆扎成束放入爐內后，從測量端區沿著(zhù)電纜導熱較大，而且，爐內還存在熱對流與熱輻射等.導致溫場(chǎng)變化,使熱電偶束受熱不均勻，最終導致測量結果分散性較大。根據JJF1262--2010校準300℃以上鎧裝廉金屬熱電偶時(shí)，在管式爐中配置帶插孔的均溫塊，提供恒定的均勻溫場(chǎng);在臥式檢定爐內放置均溫塊后，爐中心為金屬，沒(méi)有空氣對流，傳熱方式以導熱為主，溫度波動(dòng)小，故溫場(chǎng)比較穩定。
為了驗證兩種方法在300℃以上對鎧裝廉金屬熱電偶測量結果的影響，進(jìn)行比較試驗。
1試驗內容
1.1使用設備
1)標準器:一等標準鉑銠10-鉑熱電偶。
2)電測設備:數字多用表KIETHLY2010,最大允許誤差±(0.0037%讀數+0.0009%量程)。
3)恒溫設備:熱電偶檢定爐PWKJ-100M。
　　放置均溫塊前，軸向均勻溫度場(chǎng)140mm任意兩點(diǎn)間溫差≤1℃;徑向溫度場(chǎng)任意兩點(diǎn)間溫差≤0.2℃。
　　放置均溫塊后，孔底起算，軸向30mm內溫差0.3℃;孔底部同一截面任意孔問(wèn)溫差絕對值0.12℃。
4)掃描開(kāi)關(guān):WJ-3H，寄生電勢≤0.2μV
5)被檢:8支鎧裝K型熱電偶(帶補償導線(xiàn))
1.2試驗方法
1.2.1JJG351-1996測量方法(管式爐未放置插孔均溫塊)
　　將一等標準鉑銠10-鉑熱電偶套上高鋁保護管,與被檢鎧裝K型廉金屬熱電偶用細鎳鉻絲捆扎成圓形一束，被檢熱電偶測量端圍繞標準熱電偶測量端均勻分布一周，并確保處于垂直標準熱電偶同--截面上。然后將捆扎成束的熱電偶插入檢定爐中間位置，深度約300mm。標準熱電偶的參考端與銅導線(xiàn)連接后放人冰瓶，銅導線(xiàn)另一端連接轉換開(kāi)關(guān)。被檢鎧裝熱電偶的補償導線(xiàn)與銅導線(xiàn)連接后放入冰瓶，銅導線(xiàn)另一端同樣連接轉換開(kāi)關(guān)。然后開(kāi)啟自動(dòng)測試軟件，當溫度符合要求時(shí)進(jìn)行測量。每支熱電偶進(jìn)行4次讀數，取4次讀數的平均值。每次獨立實(shí)驗完成后，檢定爐冷卻至室溫，取出所有熱電偶重新捆扎后再進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)驗測試2個(gè)溫度點(diǎn)，分別為400℃與1000℃,結果如表1.表2所示。
 
1.2.2JJF1262-2010(管式爐放置插孔均溫塊)
　　與1.2.1方法在同一實(shí)驗室環(huán)境條件下，采用了同一套實(shí)驗裝置。區別在于熱電偶檢定爐中放置了插孔均溫塊，均溫塊的幾何中心放置于檢定爐的均勻溫度場(chǎng)中心。然后將標準熱電偶同樣套上高鋁保護管，與被檢鎧裝熱電偶分別插入均溫塊至孔底，并確保不會(huì )彈出。其他測量方法同1.2.1。實(shí)驗測試兩個(gè)溫度點(diǎn)，分別為400℃與1000℃,結果如表3.表4所示。
 
1.3兩種方法的比較
　　由圖1、圖2可見(jiàn)，未放置插孔均溫塊的實(shí)驗標準差最大值為1.3℃,最小為0.1℃;放置插孔均溫塊的實(shí)驗標準差最大值為0.4℃，最小為0.1℃。后者的標準差多數較前者小，且較為穩定。評估兩種方法的測量不確定度，400℃時(shí)U=1.5℃(k=2),1000℃時(shí)U=1.2℃(k=2);放置插孔均溫塊400℃與1000℃時(shí)U=0.6℃(k=2),較未放置插孔均溫塊小了近1倍，并小于允差絕對值的1/3。
 
2結語(yǔ)
　　通過(guò)比較實(shí)驗，插孔均溫塊對鎧裝廉金屬熱電偶的測量結果有大幅度的改善，復現性佳，不確定度更小?？梢?jiàn)，依據JJF1262-2010對鎧裝廉金屬.熱電偶進(jìn)行校準，在管式爐中配置帶插孔的均溫塊,能夠提供恒定的均勻溫場(chǎng)，溫度波動(dòng)小，溫場(chǎng)比較穩定。實(shí)驗結果更為正確、可靠。