校驗(yàn)儀檢定配熱電偶數(shù)字溫度二次儀表不確定度探析

葉毓杰

摘要：本文針對(duì)配熱電阻的校驗(yàn)儀檢定數(shù)字溫度二次儀表的不確定度提出了一種相對(duì)較具體的評(píng)定方法，以期對(duì)相關(guān)檢定員的檢定工作提供一定的指導(dǎo)和參考。

關(guān)鍵詞：校驗(yàn)儀；配熱電偶；數(shù)字溫度；二次儀表；不確定度

0 引言

數(shù)字溫度二次儀表所配備的傳感部件大多是熱電偶式和電熱阻式這兩種形式。本文專(zhuān)門(mén)針對(duì)熱電阻式的數(shù)字溫度二次儀表的不確定進(jìn)行相關(guān)的校驗(yàn)儀檢定以及評(píng)定分析研究。

1 配熱電阻進(jìn)行校驗(yàn)儀檢定概述

1.1 對(duì)配熱電阻進(jìn)行檢定的測(cè)量依據(jù)

檢定過(guò)程進(jìn)行測(cè)量的依據(jù)是《數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀檢定規(guī)程》，各類(lèi)型設(shè)備均采用此依據(jù)，如JJG 617-1996型號(hào)設(shè)備等。

1.2 對(duì)配熱電阻進(jìn)行檢定的測(cè)量條件

濕度要求為（45～75）%RH，溫度要求為（20±5）℃。

1.3 對(duì)配熱電阻進(jìn)行檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

檢定設(shè)備為DN081型熱工儀表校驗(yàn)儀，其誤差范圍有嚴(yán)格限定，其中的K分度仿真熱電偶檔誤差在0.5℃以下。

1.4 對(duì)配熱電阻進(jìn)行檢定的測(cè)量對(duì)象

將1.0級(jí)的配熱電阻（K分度）（0～400）℃，其分辨力是1℃作為例子，其被允許出現(xiàn)的誤差是△_允=5℃。

1.5 對(duì)配熱電阻進(jìn)行檢定的測(cè)量過(guò)程

檢定方法嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)章程進(jìn)行，其主要依據(jù)上文已提及，不再贅述。具體操作為于檢定范圍中選取足夠數(shù)量測(cè)量點(diǎn)，其上下限值在內(nèi)表現(xiàn)為基本均等，所選測(cè)量點(diǎn)具備代表性，一般為5個(gè)。以下限作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，以此完成上下行程的3個(gè)來(lái)回重復(fù)式測(cè)量，選取3個(gè)來(lái)回重復(fù)式測(cè)量的同一行程當(dāng)中誤差最大的作為示值誤差測(cè)量結(jié)果。

2 配熱電阻進(jìn)行校驗(yàn)儀檢定的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)相關(guān)的檢定規(guī)定，已知的數(shù)學(xué)模型如下：

△_t=t_d-（t_s+e/k_i） （1）

式中△_t——被檢定儀表的相關(guān)示值誤差；

t_d——被檢定儀表的相關(guān)示值；

t_s——校準(zhǔn)儀各輸出示值相應(yīng)實(shí)際溫度；

e——20℃條件下補(bǔ)償導(dǎo)線修正值；

k_i——熱電偶不同穩(wěn)定測(cè)量點(diǎn)相應(yīng)斜率。

3 配熱電阻校驗(yàn)儀檢定的方差及靈敏系數(shù)

依據(jù)方差合成的數(shù)學(xué)原理，合成各輸入量估計(jì)方差，生成輸出量的估計(jì)方差。其中公式中的各個(gè)輸入量均是獨(dú)立的沒(méi)有任何相關(guān)性。對(duì)式（1）中的各個(gè)輸入量完成求偏導(dǎo)過(guò)程，即可得輸出估計(jì)方差式（2），所得出的輸出量估計(jì)方差如下所示：

4 對(duì)配熱電阻檢定輸入量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度評(píng)定

4.1 輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t_d）評(píng)定

輸入量t_d對(duì)其產(chǎn)生影響的不確定度來(lái)源主要構(gòu)成為兩部分，其一為測(cè)量重復(fù)性情況，其二為測(cè)量分辨率情況，對(duì)這兩部分分別進(jìn)行評(píng)定。

（1）測(cè)量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t_d）評(píng)定：使用檢測(cè)儀表中的A類(lèi)方法實(shí)施相關(guān)評(píng)定工作，所用方法為“示值基準(zhǔn)法”。在300℃的情況下同一轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的各個(gè)測(cè)量10次，所得到的測(cè)量列依次為：300.1℃、300.2℃、300.1℃、300.1℃、300.2℃、300.1℃、300.3℃、300.2℃、300.1℃、300.1℃，進(jìn)行單次標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，其值s=0.070℃。在具體實(shí)踐的檢定工作中，測(cè)量結(jié)果為4次測(cè)量所得平均值，因而

4.2 對(duì)于輸入量t_s標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t_s）評(píng)定

輸入量t_s不確定度來(lái)源主要影響因素有兩個(gè)：一是標(biāo)準(zhǔn)器自身因素；二是其內(nèi)部溫度補(bǔ)償誤差因素。下面依次開(kāi)展評(píng)定工作：

最后，對(duì)輸入量的所有標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t_s）進(jìn)行的合成，由于t_s1與t_s2之間彼此獨(dú)立沒(méi)有任何相關(guān)性，故而合成結(jié)果如下：

4.3 輸入量e的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（e）評(píng)定

補(bǔ)償導(dǎo)線自身的修正值會(huì)影響輸入量e不確定度。

依據(jù)補(bǔ)償導(dǎo)線相關(guān)校準(zhǔn)報(bào)告知，當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線在20℃以下時(shí)，其修正值e對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展不確定U₉₅=3.28μV，其中所包含的因子k=2.01，故而；u（e₁）=3.28/2.01=1.63μV，根據(jù)JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》附錄A所查出的置信概率P=0.95，k=2.01時(shí)其自由度是50，所以V₃=50。

在300℃的情況之下，k₃₀₀=42.5μV/℃，故而，

|c₃|u（e）=1/k₃₀₀×u（e）=0.03℃

5 配熱電阻檢定輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成

因?yàn)檩斎肓縯_d、t_s以及e之間無(wú)相關(guān)性，具備獨(dú)立性，故對(duì)其進(jìn)行不確定度合成時(shí)可以運(yùn)用式（3）進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。其中V₁=51，V₂=100，V₃=50，其中的有效自由度為

其中我們所選取的有效自由度是100。

6 對(duì)配熱電阻檢定輸入量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度

選定的置信概率P=95%，有效自由度V_eff=100，對(duì)t分布表進(jìn)行查詢(xún)得知其中的包含因子k₉₅=t_p（v_eff）=t_p（100）=1.98，故而其擴(kuò)展不確定度如下：

U₉₅=k₉₅u_c（△t）=1.98×0.502=0.966℃

7 結(jié)束語(yǔ)

本文專(zhuān)門(mén)針對(duì)配熱電阻的數(shù)字溫度二次儀表的不確定評(píng)定進(jìn)行了探究和分析，為檢定工作人員的實(shí)踐操作提供相關(guān)的參考，同時(shí)，本文的研究建立在特定的儀器型號(hào)之下，不具備大范圍的指導(dǎo)意義。