雙金屬溫度計測量值不確定度評定

摘要:雙金屬溫度計是-種現場(chǎng)檢測儀表其可以直接測量中低溫度的蒸汽或氣體介質(zhì)溫度。在工業(yè)現場(chǎng)溫度檢測過(guò)程中對檢測結果的不確定度進(jìn)行有效評定能夠保證測定結果精度為工業(yè)生產(chǎn)提供正確的數據支持?；诖宋恼轮饕獙﹄p金屬溫度計測定值的不確定度評定進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

0引言

隨著(zhù)工業(yè)機械化、自動(dòng)化的不斷發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)對設備的運行精度要求也越來(lái)越高。儀器儀表作為工業(yè)生產(chǎn)所必須的儀器設備之一其儀表測量結果的直接影響著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)工藝的運行效果。運用不確定度的評定方法對工業(yè)儀表測量值進(jìn)行評定能夠保證測量結果的可靠性。因此相關(guān)技術(shù)人員應重視工業(yè)儀表測量值的不確定度評定工作保證評定結果的正確性。

1雙金屬溫度計的工作原理

雙金屬溫度計具有響應速度快、體積小.測量值穩定等特點(diǎn)被廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中。工業(yè)用雙金屬溫度計主要是用兩種或多種金屬片疊壓在一起利用不同金屬的熱膨脹系數不同來(lái)測定工藝溫度。雙金屬溫度計可直接用于測定-80C~+500C范圍內的介質(zhì)溫度。

2雙金屬溫度計測量值的不確定評定

2.1測量依據及測量范圍

以JJG226- -2001《雙金屬溫度計檢定規程》為測量依據,對- 80C~+300C范圍內溫度計進(jìn)行測量,環(huán)境條件為15-35C相對濕度≤85%。計量標準與實(shí)驗設備如表1所示。

為了保證評定結果的正確性,當測量范圍小于10C時(shí)可以選用爾等標準的鉑電阻溫度計作為主標準器若測量溫度范圍大于10C時(shí)，可以選用二等標準的水銀溫度計做主標準器進(jìn)行測量。雙金屬溫度計的分類(lèi)如表2所示。

2.2測量方法

在溫度計檢定過(guò)程中技術(shù)人員可以選擇標準的水銀或鉑電阻溫度計進(jìn)行檢定。在溫度計檢定過(guò)程中按規定將標準溫度計及校準溫度計放入一定溫度的恒溫槽中然后讀取相應的溫度數值。需要注意的是實(shí)驗人員應待溫度計示值穩定后進(jìn)行讀數"。為了保證溫度計檢定結果的可靠性需重復進(jìn)行多次實(shí)驗獲取相應的數值。然后將校準溫度計讀數進(jìn)行編號:被檢1-→被檢2...→被檢n等等然后取相反的順序回到標準計算被檢溫度計讀數的算術(shù)平均值得到標準溫度計和被檢定/校準溫度計的示值從而計算出被檢定/校準溫度計的示值誤差。被測溫度計讀數估計到分度值的1/10。

2.3測量檢定模型

在測量檢定計算過(guò)程中以下式為模型展開(kāi)計算:

v=t-(t'+A)

其中v是被檢定溫度計示值誤差1為標準溫度計示值;A為標準溫度計的修正值2為被檢定溫度計的示值。

在雙金屬溫度計測量值不確定度評定過(guò)程中能夠影響評定結果的因素有很多如估讀溫度計示值的標準引入存在不確定度分量u(t1) ;重復測量的引入標準存在不確定度分量u (t2) ;溫度計引入的標準不確定度分量u(T1) ;恒溫槽溫度波動(dòng)引起的測量值不確定分量u(T2)恒溫槽溫場(chǎng)不均勻性引入的標準存在不確定分量u (T3)數字測量?jì)x引入的標準不確定度分量u(T4)"。

3雙金屬溫度計測量值不確定評定

首先在該不確定度評定過(guò)程中其標準不確定度的來(lái)源之一是由溫度計的重復性估讀引入引起的技術(shù)人員可以用A類(lèi)標準不確定度法進(jìn)行評定如在100℃恒溫槽內,測量范圍對校定溫度計與標準溫度計分三組進(jìn)行10次連續測量則樣本偏差為:

s1=0.12.s2=0.1、s3=0.12其中s 1. s 2. s 3分別為樣本1、樣.本2、樣本3的測試偏差。將樣本數據進(jìn)行綜合處理得到被測溫度計的偏差sp則其中s的單3白位為℃。

其次在輸入量1的不確定評定過(guò)程中因u(t2)引起的誤差也是影響評定結果正確性的另-因素。如對測量范圍在0-50℃的雙金屬溫度計進(jìn)行測量,其精度等級及分度值分別為1.0級、1℃。若在50℃的恒溫槽中對其進(jìn)行檢定按雙金屬溫度計檢定規程連續進(jìn)行10次實(shí)驗得到如表3測量示值。

依據表3的數據利用貝塞爾公式計算得到的實(shí)驗標準偏差為:

分別進(jìn)行三次獨立重復實(shí)驗則其測量不確定度:

再次由于溫度計引入標準不確定度分量的評定。在標準水銀溫度計檢定規程中其溫度計檢定結果的修正因子擴展不確定度為U95=0.03℃ ,其中,因子kn=2.58 ,則u(T1)=0.03/2.58=0.012℃ ;同時(shí)標準鉑電阻溫度計的檢定結果修正因子的引入標準不確定度u(A)其檢定結果的

最后,恒溫槽溫度波動(dòng)的不確定評定。通常情況下，恒溫槽溫場(chǎng)的波動(dòng)特定為0.01C/(10min),則其不確定度的區間半寬為0.005℃ ,對其進(jìn)行均勻分布處理則u(T2)=0.0005/V 3≈0.003℃。同時(shí),恒溫槽的最大溫差為0.05℃,則因溫場(chǎng)的不均勻性也會(huì )影響測量結果的標準偏差，對其測量值進(jìn)行不確定度評定可以用下式進(jìn)行均勻處理:

u(T)=0.025/V 3≈0.015C 其中,0.025是恒溫槽溫場(chǎng)的不確定度區間半寬。

由于以.上各項標準不確定度分量是相互獨立的所以,雙金屬溫度計測量值得標準不確定度應為u。(y)=0.28℃。在擴展標準不確定度計算過(guò)程中，因合成標準不確定度包含的分量比較多其中主要分量的變化為正態(tài)分布，因此輸出量估計值可近似為正態(tài)分布u(y)的有效自由度估計值較大當包含因子k=2時(shí)則u.(y)的區間具有的包含概率為95%最終的標準不確定度:

U=ku(y)=0.2℃

4結束語(yǔ)

總而言之在雙金屬溫度計測量值不確定度評定過(guò)程中利用相關(guān)的檢定規程及計算方法能夠得到不確定度取值,從而為溫度計校準工作的開(kāi)展提供了技術(shù)保證。因此相關(guān)技術(shù)人員應加強對儀器儀表測量值不確定度評定工作的研究力度,對測量數值進(jìn)行多次檢定實(shí)驗，保證儀器儀表讀數的正確性為工業(yè)生產(chǎn)的穩定運行奠定堅實(shí)的基礎。