工作用廉金属热电偶温度修正值测量结果的不确

摘要:本文主要介绍了工作用廉金属热电偶测量结果的不确定度评定的方法。
0引言
　　廉金属热电偶主要采用两种不同成分的均质导体为热电极组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势热电动势。本文主要针对K型廉金属热电偶,依据JJG351-96《工作用廉金属热电偶检定规程》,运用双极法进行校准。用二等铂铑-10铂热电偶作为标准器,采用高温检定炉提供恒温温场,通过低热电势扫描开关分别将标准热电偶和被检热电偶温度转换为电势进行测量。对校准结果进行处理时需要考虑标准系统和被检系统的不确定度进行评定。

名称	不确定度/精度	编号	型号/类型
铂铑10-铂热电偶	二等	S11-3285	S型
数字电压表 (30mV)	3×10-5	0685922	182
数字电压表 (300mV)	10×10-6	0685922	182
热电偶检定炉	0.2℃	0019901	TCM1300
低热电势扫描开关	0.08μV	991102	TCM18
依据的技术文件	依据JJG351-96《工作用廉金属热电偶检定规程》 JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》
测试低点	建造公司A座高温室
环境条件	实验温度:20℃相对湿度:45%

2被检对象
　　本文被校准的对象为K型热电偶,I级，允许误差为±△t=0.75%t。以误差最大点400℃作为评定点。
3校准结果的不确定度评定
3.1数学模型
 
　　式中,e_被(t)为被测热电偶在需测量温度点t的热电动势;e_被(t")为被测热电偶在测量时(温度点t")的热电动势;E_标(t)为标准热电偶证书上的电势值;e_标(")为标准热电偶在测量时(温度点t")的热电动势;S_标(t),S_被(t)为标准、被测热电偶在需测量点温度t的微分电动势。
3.2测量不确定度来源
1)输入量e_被(t")的标准不确定度u(e_被);
2)输人量E_标(t)的标准不确定度u(E_标);
3)输入量e标(t")的标准不确定度u(e_标)。
3.3不确定度评定.
3.3.1输入量e_被([t")的标准不确定度u(e_被)
　　该不确定度来源于被测热电偶测量重复性、数字电压表测量误差、检定炉温场不均匀、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不均匀。
1)标准不确定度u(eg)的评定
　　u(e_被1)不确定度来源于被测热电偶测量重复性,采用A类方法进行评定。
　　在校准点稳定条件下对被校热电偶重复测量12次,数据为(单位mV):16.5874,16.5867,16.5867,16.5879,16.4912,16.4906,16.4897,16.4907,16.6521,16.6520,16.6513,16.6510。其平均值e被(t′)=16.5764mV,利用贝塞尔公式可得实验标准差为
 
5764mV的标准不确定度为u(e_被2)=0.249μV。
3)热电偶检定炉温场分布不均匀引人的不确定度u(e_被3)
　　由检定炉温场分布不均匀引人的最大误差不超过20μV,在区间内可认为均匀分布，包含因子k=√3,取半宽为10μV,故标准不确定度为u(e_被3)=10√3=5.774μV。
4)低热电势扫描开关引人的不确定度u(e_被4)
　　根据扫描开关证书可知,标准不确定度u(e_被4)=0.08/2=0.04μV。
5)参考端恒温器引入的不确定度u(e_被5)
　　由经验和实验可得:热电偶参考端温度不为0℃带来的误差不超过±4.0μV(相当于±0.1℃),按照均匀分布,包含因子k=√3,取半寬4.0μV,故标准不确定度u(e_被5)=4/√3=2.31μV。
6)输人量eu(t")的标准不确定度u(e_被)的合成
　　输人量e被(t")的标准不确定度u(e被)由分项u(e被1)~u(e被5)合成，则标准不确定度为:
 
3.3.2输人量E_标(t)的标准不确定度E_标的评定
　　输人量E_标(t)的标准不确定度来源于二等标准铂铑10_铂热电偶分度值的不确定度和其年不稳定性情况,采用B类方法进行评定。
1)不确定度u(E标)的评定
　　二等标准铂铑10-铂热电偶分度结果不确定度引人的误差不超过±7μV,在区间内可认为均匀分布,包含因子k=√3,半宽为7μV,故标准不确定度=7/√3=4.041μV,
2)不确定度u(E_标2)的评定.
　　由二等标准铂铑10-铂热电偶的年不稳定性引人的标准不确定度,采用B类方法进行评定。
　　二等标准铂铑10-铂热电偶的年不稳定性引人的误差不超过±10μV,在区间内可认为正态分布,包含因子k=3,半宽为10μV,故标准不确定度=10/3=3.333μV
3)标准热电偶不确定度u(E_标)
 
3.3.3输入量e_标(t′)的标准不确定度u(e_标)的评定
　　输人量e_标(t′)的标准不确定度u(e_标)不确定度来源于被测热电偶测量重复性、数字电压表测量误差、低热电势扫描开关以及热电偶参考端温度不均匀。
1)标准不确定度u(e_标1))的评定
　　u(e_标1)来源于标准热电偶测量重复性,采用A类方法进行评定。
　　在校准点稳定条件下对标准热电偶重复测12次,数据为(单位mV):3.2668,3.2668,3.2667,3..2667,3.2327,3.2326,3.2325,3.2325,3.2732,3.2732,3.2730。12次测量的平均值=3.2575mV利用贝塞尔公式可得样本标准差为
 
以3组的平均值为测量结果,则标准不确定度=sp√3=10.728μV
2)数字电压表引人的不确定度u(e标)
　　由数字电压表的证书可知,数字电压表在30mV的相对扩展不确定度为3x10^-5,故在校准3.2574mV的标准不确定度=0.049μV
3)低热电势扫描开关引人的不确定度u(em)
　　根据扫描开关证书可知,标准不确定度为u(e_标2)=0.08/2=0.04μV
4)参考端恒温器引人的不确定度u(e_标3)
　　由经验和实验可得:热电偶参考端温度不为0℃带米的误差不超过±0.54μV(相当于+0.1℃),按照均匀分布，包含因子k=√3，取半宽0.54μV,故标准不确定度u(e_标3)=0.54/√3=0.31μV
5)输人量e_标(t′)的标准不确定度u(e_标)的计算
　　输人量e_标(t")的标准不确定度u(e_标)由分项u(e_标)~u(e_标1)合成，则标准不确定度为:
 
5扩展不确定度
　　取包含因子k=2,则U=k×uc=2×66.376=132.75μV,换算成温度为:U=3.1℃.
6测量结果
 
7小结
　　本文通过对廉金属热电偶进行测量,并对测量结果有影响的不确定度分量进行分析,通过实际的测试数据进行计算,最终给出测量结果,为廉金属热电偶在以后的不确定度评定中提供了参考方法。