熱電偶電動(dòng)勢的測量偏差分析

摘要:直流電位差計可以較準確地測量出被測值，但仍舊存在一定的偏差。對運用直流電位差計測量熱電偶熱電動(dòng)勢產(chǎn)生的偏差進(jìn)行分析，計算了測量系統的A類(lèi)和B類(lèi)不確定度。介紹了可以修正測量系統部分偏差的方法，說(shuō)明了可略去的偏差原因.
0引言
　　熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)上常用測溫儀表中的測溫元件，它能直接測量溫度，并把溫度這個(gè)物理量轉換成熱電動(dòng)勢[1].因此，對熱電動(dòng)勢值的準確測量可提高測溫的準確性、直流電位差計是利用直流補償原理制成的一-種測量?jì)x器、所謂補償法也是一種比較測量法，測量準確度比較高，除測量電壓外，還用于測量電流、電阻、電功率(2].但是，采用直流電位差計測量熱電偶的熱電動(dòng)勢，也會(huì )和其他儀器一樣產(chǎn)生一定的偏差，下面就其在測量熱電偶熱電動(dòng)勢時(shí)的不確定度進(jìn)行分析計算.
1電位差計測量電動(dòng)勢原理
　　如圖1所示是直流電位差計的原理圖，可分為三個(gè)回路[2].
 
　　回路III為工作電流回路，有輔助電源E,可變電阻Rp,調節電阻R和標準電阻RN.它的任務(wù)主要是提供一個(gè)穩定的工作電流.
　　回路I為校準回路，標準電池Es用來(lái)校準工作電流，把開(kāi)關(guān)S合向1時(shí)，調節Rp改變工作電流，檢流計指零時(shí)有
Es=IRN(1)
　　回路II為測量回路，保持工作電流不變，把開(kāi)關(guān)S合向2時(shí)，調節電阻R，若檢流計指零，表明被測電勢Ex與電阻R上的壓降相互補償，即
 
2測量系統中可修正及可忽略的偏差
2.1可修正的偏差
 
　　測量電路中，各種接觸點(diǎn)很多，不可能做到完全歐姆接觸，而且接點(diǎn)的熱容量也各不相同，因而不可避免地會(huì )產(chǎn)生附加電勢，即寄生電勢，它與被測熱電動(dòng)勢值相疊加從而影響被測量值.減少寄生電勢的方法是電流換向法，考慮到寄生電勢方向與電流方向無(wú)關(guān)，故本文采用如圖2(見(jiàn)15頁(yè))所示的測量電路.
 
2.2可忽略的偏差
　　在測量電路配制中，盡量使用偏差可略的元件，其中包括:調節電阻Rp調節不夠所造成的偏差;因工作電流和被測熱電勢數值都較低且漏電并不嚴重，所以絕緣電阻達不到理想狀況的無(wú)窮大而引起的偏差也可忽略;在配制較好的穩壓電源情況下，可忽略工作電流回路輸出端電壓變化帶來(lái)的偏差[3].
3熱電偶熱電動(dòng)勢測量值的不確定度
3.1A類(lèi)不確定度UA
　　表1是電位差計在熱電偶溫差一定時(shí)的熱電動(dòng)勢測量值，共計10次.
 
　　由此看到該項偏差就是電阻上的偏差，主要有溫度偏差和制造調整偏差.對于本測量使用的UJ31型電位差計標準使用溫度是15~25℃,檢定溫度是20±1℃,設溫度每變化1℃電阻相對變化量為α，20±1℃到25℃之間溫度相對變化的最大可能值則為
rtmax=6(αR一αRN)
　　而UJ31電位差計的|αR-αRN|≈7X10^-6,所以電阻上的溫度偏差為;
rtmax=6(αR-αRN)≈42X10^-6≈0.0042%
　　UJ31電位差計在制造時(shí)將電阻的制造調整偏差最大限制在0.01%,其余各部偏差可路.因此,此項偏差最大可能值為0.02%.溫度偏差和制造調整偏差總值為
rx≈0.0042%+0.02%≈0.024%
所以有
 
3.2.2電位差計測熱電偶熱電動(dòng)勢溫度補償盤(pán)偏差的不確定度Ux.
　　溫度補償盤(pán)是對熱電偶冷端溫度進(jìn)行補償的,測量中使用的溫度補償盤(pán)所產(chǎn)生的溫度補償電壓最大偏差是±50μV,即△Es=50μV,所以
 
3.2.3檢流計靈敏度偏差的不確定度UB3、UB4
　　測量電路中使用的檢流計為指針式，因其靈敏度不夠必然在校準回路和測量回路中引起系統偏差，設此兩項偏差的不確定度為UB3、UB4.
 
　　首先計算校準回路的檢流計靈敏度偏差的不確定度UB3.如圖3所示電路校準時(shí)若完全補償則有Es=IRN,但因受檢流計靈敏度不夠的限制,不可能做到完全補償,回路I中就有電流,必然引起工作電流的變化,分:析電路可知
 
　　其中標準電池內阻Rs=1200Ω、Rp=304.45Ω、R=17.10Ω、Rn=0.31082Ω、檢流計的靈敏度Sg=1.2X10⁶div/A.靈敏度閾值△n=0.3div、內阻Rg=180Ω.
 
　　其次，計算測量回路的檢流計靈敏度偏差的不確定度UB4.如圖4所示電路測量時(shí)若完全補償則有Ex=IRx,同樣因受檢流計靈敏度不夠的限制，不可能做到完全補償而產(chǎn)生偏差，分析電路可知
 
3結語(yǔ)
(1)應用Pro/E和ANSYS軟件建立了PVR系列葉片泵轉子的三維有限元模型，并對轉子模型進(jìn)行了模態(tài)分析，得出了轉子的各階固有頻率及振型，這為對轉子作進(jìn)一.步動(dòng)力學(xué)分析打下了基礎，同時(shí)也為實(shí)驗模態(tài)分析中激勵方式、測點(diǎn)布置、采樣頻率等因素的確定提供了依據.(2)為準確確定元件的各階頻率及振型，一般采用應用軟件分析與試驗相結合的方式，因此本文用ANSYS分析所得的結果，也為和實(shí)驗數據進(jìn)行比較提供了依據.通過(guò)二者結合后，一般可相對精確地確定元件的固有頻率及振型，為判斷元件在實(shí)際工作中是否會(huì )和外激勵發(fā)生共振以及如何避免共振提供了參考.