新版工作用廉金屬熱電偶測量結(jié)果不確定度評定

蔡峰 楊樹根 張浩

摘要：以工作用廉金屬熱電偶測量結(jié)果為研究對象，論述了新校準(zhǔn)規(guī)范中廉金屬熱電偶測量值的誤差來源及測量結(jié)果的不確定度分析。

關(guān)鍵詞：廉金屬熱電偶；金屬均溫塊；不確定度

Uncertainty Evaluation of Measurement Results of Working Base Metal Thermocouple under New Calibration Specification

Cai Feng Yang Shugen Zhang Hao

Abstract： Taking the measurement results of working base metal thermocouple as the research object，this paper discusses the error sources and uncertainty of the measuring results under the new calibration specifications.

Keywords： base metal thermocouple，metal temperature block，uncertainty evaluation

1 概述

1.1 測量依據(jù)：JJF1637—2017《廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》。

1.2 被測對象：Ⅱ級工作用K型熱電偶

1.3 測量環(huán)境條件：溫度（20±1）℃；濕度（40～70）%RH。

1.4 校準(zhǔn)方法

采用比較法中的雙極法，在管式爐中放置金屬均溫塊，將一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)偶）套上陶瓷保護管，與被校準(zhǔn)熱電偶分別插入金屬均溫塊中進行比較，測量標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被校熱電偶的熱電動勢。

2 數(shù)學(xué)模型

分度時，被校熱電偶在校準(zhǔn)溫度點上的熱電動勢采用下式計算：

4 計算標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

4.1被校熱電偶輸入量 帶來的不確定度

輸入量 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ，其來源有被校熱電偶的重復(fù)性測量、電測設(shè)備測量誤差、爐內(nèi)金屬均溫塊徑向溫場的不均勻性、爐溫的波動、轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸電勢、參考端溫度不等于0℃、補償導(dǎo)線等。

4.1.1被校熱電偶重復(fù)測量帶來的不確定度

用標(biāo)準(zhǔn)偶對被校準(zhǔn)熱電偶（K型）在1000℃進行重復(fù)測量，測得10個重復(fù)性測量數(shù)據(jù)，測量值及計算結(jié)果見表1，按A類方法評定，服從正態(tài)分布。

4.1.2電測設(shè)備測量誤差引入的不確定度

校準(zhǔn)熱電偶熱電動勢使用的數(shù)字表為KEITHLEY2010，量程為100mV，它的測量值的誤差按一年內(nèi)的準(zhǔn)確度得到，為±（37 10-6讀數(shù)+ 9 10-6量程），按對應(yīng)校準(zhǔn)點，讀數(shù)取41.276mV，量程100mV，誤差 2.427 。按均勻分布考慮，包含因子 ，半寬為2.427 V。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

=2.427/ 1.401

4.1.3金屬均溫塊徑向溫場不均勻引入的不確定度

校準(zhǔn)時，由于爐內(nèi)放置的金屬均溫塊徑向溫場不均勻，經(jīng)測試最大差值為0.10℃，換算成熱電勢為3.898 V。按均勻分布考慮，包含因子 ，取半寬為1.949 V。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

=1.949/ 1.125

4.1.4爐溫波動引入的不確定度

每一組獨立測量時，由標(biāo)準(zhǔn)偶測得溫場實際變化最大不超過0.100℃，以微分電勢38.98 V/℃計算其帶來的最大誤差為3.898 V。按均勻分布考慮，包含因子 ，取半寬為1.949 V。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

=1.949/ 1.125

4.1.5轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸電勢引入的不確定度

轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸電勢允許誤差±0.2 V。按均勻分布考慮，包含因子 ，取半寬為0.2 V。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

=0.2/ 0.115

4.1.6參考端不等于0℃引入的不確定度

經(jīng)測量參考端不為0℃，誤差為0.05℃，以微分電勢39.45 V/℃計算，換算成熱電勢值為1.973 V。按均勻分布考慮，包含因子 ，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

=1.973/ 1.139

因此，輸入量 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 的合成為

= 3.352 （ ）

4.2輸入量 帶來的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)偶在1000℃溫度點熱電動勢的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ：

2.308

4.3輸入量 帶來的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)偶重復(fù)測量引入的不確定度 ：標(biāo)準(zhǔn)偶在1000℃獨立重復(fù)測量，測得10 個重復(fù)性測量數(shù)據(jù)，測量值及計算結(jié)果見表2，按A類方法評定，服從正態(tài)分布。