工業(yè)熱電偶測量結果的不確定度分析

摘要;介紹了工作用廉金屬熱電偶測量方法,并且對測量結果進(jìn)行了不確定度評定,評價(jià)了影響測量結果的因索。
0引言
　　工作用廉金屬熱電偶是一種廣泛應用于工業(yè),農業(yè)，科研等部門(mén)的重要溫度計量?jì)x器。其檢定裝置由標準熱電偶、數字多用表、熱電偶檢定爐、冰點(diǎn)恒溫器、自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)、控溫裝置及計算機綜合控制系統組成。本文依據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程中的方法和要求,評定了工作用廉金屬熱電偶檢定裝置和儀器示值誤差檢定結果的不確定度。
1檢定裝置的構成及原理
　　整套裝置由標準熱電偶、數字多用表、熱電偶檢定.爐、冰點(diǎn)恒溫器、自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)、控溫裝置及計算機綜合控制系統組成。其原理是將標準與被檢熱電偶捆扎成一束,使其工作端對齊,置于檢定爐最高溫度位置,參考端置于冰點(diǎn)恒溫器中,用同材質(zhì)的導線(xiàn)將各熱電偶與自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)連接。給控溫裝置設定-.檢定點(diǎn)溫度,在控溫裝置的控制下使爐溫穩定在給定的檢定點(diǎn)附近,此時(shí)通過(guò)自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)及數字多用表就可以讀出各熱電偶所測量的爐溫。被檢熱電偶與標準熱電偶所測爐溫的差即為被檢熱電偶的誤差。
2檢定裝置不確定度評定
　　依據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程,采用雙極法,用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型熱電偶,檢定點(diǎn)選取1000℃。
2.1數學(xué)模型
　　根據JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程中的計算公式:
 
式中:eb---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的熱電勢;
e'b---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)所測得的熱電勢;
Es---標準熱電偶在檢定點(diǎn)的證書(shū)值;
es---標準熱電偶在檢定點(diǎn)所測得的熱電勢;
SB---標準熱電偶在檢定點(diǎn)的微分電動(dòng)勢;
Sb---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的微分電動(dòng)勢。方差和靈敏系數:
 
2.2不確定度分量的分析
　　被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的標準不確定度(ub)分析。
2.2.1標準與被檢熱電偶的測量端所處位置的不--致可能帶來(lái)的測量不確定度Oe測
　　規程要求熱電偶檢定爐工作區域最大溫差不應超過(guò)1℃,在1000℃帶來(lái)41μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=41√3=23.672μV,估計其可靠程度為80%,自由度為12。
2.2.2標準與被檢熱電偶的參考端所處位置的不一致可能帶來(lái)的測量不確定度△e參
　　規程要求熱電偶檢參考端處于冰點(diǎn)恒溫器中,而冰點(diǎn)恒溫器工作區域不會(huì )超過(guò)0.1℃,帶來(lái)4.1μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=3,Deg=4.1√3=2.3672μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
2.2.3被檢熱電偶多次測量的不重復性可能帶來(lái)的測量不確定度△e重
　　在重復條件下對所分析的K型熱電偶在1000℃檢定10次數據如下(mV):41.324,41.322,41.322,41.325,41.320,41.325,41.320,41.322,41.323,41.325,e=41.3228mV,
 
自由度為9。
2.2.4測量回路的寄生熱電勢可能帶來(lái)的測量不確定度△e回
　　測量回路的寄生熱電勢以及自動(dòng)掃描開(kāi)關(guān)的寄生電勢不會(huì )大于1μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=1√3=0.58μV估計其可靠程度為90%,自由度為50。
2.2.5數字多用表測量的不確定度Oe數
　　數字多用表在50mV的測量誤差為,屬于均勻分布，故k=3,△e測=6/√3=3.464μV估計其可靠程度為90%，自由度為50。.
將以上5項合成
 
3標準熱電偶在檢定點(diǎn)的標準不確定度(up)分析
3.1標準與被檢熱電偶的測量端、參考端所處位置的不一致可能帶來(lái)的測量不確定度,測量回路的寄生熱電勢可能帶來(lái)的測量不確定度已在2.1中分析,此處不再重復考慮。
3.2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,分別為5/√3=2.887和10/√3=5.774
使用一等偶時(shí)
△e測=5/√3=2.887μV;
使用二等偶時(shí)
△e測=5√3=5.774μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
3.3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,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.
使用一-等偶時(shí)
 
取整為20。
4擴展不確定度
取估計值的置信概率95%。
Veff=20,則k95=t95(Veff)=2.09。
使用一等偶時(shí)
U95=2.09x0.705=1.47℃k95=2.09
使用二等偶時(shí)
U95=2.09x0.827=1.72℃k95=2.09
用本所一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支工作用K型熱電偶(II級)檢定結果如下:
檢定點(diǎn)1000℃;E=41.323mV
修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09
5結論
　　綜上所述，依據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程中的方法和要求,評定出的熱電偶檢定裝置的擴展不確定度為檢定點(diǎn)1000℃;E=41.323mV修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09。