配热电阻用温度指示表示值误差测量不确定度

[摘要]配热电阻用数字温度指示仪表在工业生产中有着广泛的应用，其检定、准结果的不确定度分析与评定，有着重要的意义。本文主要对工业生产中经常用到的配Pt100热电阻的数字温度指示仪表的检定结果的不确定度进行了分析。
0引言
　　配热电阻用数字温度指示仪表在工业生产中有着广泛的应用，在实际工作中，为保证测量的准确，其检定、校准结果的不确定度分析与评定，有着重要的意义。本文主要对工业生产中经常用到的配Pt100热电阻的数字温度指示仪表的100℃点检定结果的不确定度进行了分析，其他测量范围和配用Cu50热电阻的数字温度指示仪表，也可采用本不确定度的评定方法，给出相应的评定结果。
1概述
1.1测量依据:JJG617-1996《数字温度指示调节仪》。
1.2测量环境:温度(20±5)℃，相对湿度(45%~60%)
1.3测量标准:用ZX25a直流电阻箱作为测量标准，ZX25a直流电阻箱在X10档和x100档的最大允许误差为±0.05%和土0.02%，对应于热电阻各温度点的阻值折算成温度的最大允许误差如表1。
1.4被测对象:
　　被测对象为配热电阻数字温度指示调节仪(以下简称仪表)，测量范围为(-50~300)℃，配以不同类型的热电阻，允许误差通常以土(a%FS+b)表示，其中a有0.2.0.3.0.5、1.0几种，FS为仪表的量程，b为仪表分辨力，以b=0.1℃和1℃最为常见。
　　本次评定的对象为以下两类仪表.的100℃点:
①分辨力为0.1℃的仪表:规格为Pt100分度，测量范围(0~200)℃，最大允许误差_d=±(0.5%FS+0.1)℃=1.1℃。
②分辨力为1℃的仪表:规格为Pt100分度，测量范围(0~300)℃，最大允许误差_d=±(1.0%FS+1)C=4℃。
 
1.5测量过程:
　　按JJG617-1996中“示值基准法”进行检定，以每点上行程时示值刚能稳定在被检点温度值的输入信号值A1、离开备检点，转换到下一值(包括两值间的波动)时的输入信号值A2、下行程时示值刚能稳定在被检点温度值的输入信号值、离开备检点，转换到下一值(包括两值间的波动)时的输入信号值四点的误差最大值计算示值误差，作为该点的测量结果。
1.6评定结果的使用
　　在符合上述条件的情况下，可以根据仪表的分辨力，配用热电阻的类型和测量范围，采用本不确定度的评定方法，给出相应的评定结果。
2数学模型
△t=td-t,
式中:△t--仪表的示值误差，℃;
t--仪表的显示值，C;
td--标准器电阻示值对应的温度值，℃.
3输入量td的标准不确定度评定.
3.1输入量td的标准不确定度u(ta)评定
输入量的不确定度来源主要有两部分:测量重复性和仪表的分辩力。
(1)分辨力为0.1℃的仪表
　　由于该类仪表分辨力较高，其分辨力对标准不确定度的影响已包含在重复性对标准不确定度的影响之中，所以该类仪表输入量ta引入的的不确定度可仅考虑测量重复性的影响。
u(t)可以用“示值基准法”在同一个转换点上通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
　　经测量，A1:100.07，A2:100.14，100.10::100.03。所以选定A2点计算测量结果。
　　在100.0℃A2转换点上进行连续.10次测量，得到测量列(单位;C):100.16，100.14，100.09，100.13，100.15，100.11，100.08，100.11，100.14，100.17。
单次试验标准偏差为
 
　　任选两台同类型仪表，分别在100.0℃A2转换点进行重复性条件下的连续10次测量，得到单次试验标准偏差，如表2.
 
(2)分辨力为1℃的仪表
　　由于该类仪表分辨力较低，其分辨力对标准不确定度的影响已远大于重复性对标准不确定度的影响，所以该类仅表输入量td引入的的不确定度可仅考虑分辨力的影响。
u(td)可以采用B类方法进行评定，由仅表分辨力b导致的示值误差区间半宽为a=b/2，包含因子k=3.因此
u(td)=0.5/k=0.29℃
3.2输入量t。的标准不确定度u(t)的评定
　　输入量ts的不确定度主要来源于直流电阻箱的不确定度，环境温湿度和连接导线引入的不确定度可以忽略不计。由ZX25a直流电阻箱引入的标准不确定度u(ts)可以采用B类方法进行评定。
根据ZX25a直流电阻箱输出信号的大小和热电阻类型，查表1中最大允许误差_，估计为均匀分布，k=3，则u(ts)=|_|/3，结果如表4.
 
本次评定对象100℃点的u()为:
u(100)=0.05℃。
4合成标准不确定度的评定
4.1灵敏系数
数学模型:_t=td-ts
所以，灵敏系数c1=_t/td=1
c2=_t/ts=1
4.2标准不确定度汇总
(1) 分辨力为0.1℃的仪表标准.不确定度汇总如表5.
(2) 分辨力为1℃的仪表标准不确定度汇总如表6。
 
4.3合成标准不确定度的计算
　　由于输入量td、ts之间相互彼此独立，所以合成标准不确定度可以按下式得到:
分辨力为0.1℃的仪表:
 
uc(_100)=0.06℃。
分辨力为1℃的仪表:
uc(_100)=0.3℃。
5扩展不确定度的评定
　　取包含因子k=2，则∪=kXu。。
6测量不确定度的报告
　　分辨力b=0.1℃的数字温度指示调节仪100℃点示值误差测量结果的扩展不确定度∪=0.12℃。
　　分辨力b=1℃的数字温度指示调节仪100℃点示值误差测量结果的扩展不确定度U=0.6℃.