工作用廉金屬熱電偶溫度修正值測量結(jié)果的不確
發(fā)布時間:2021-08-31
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摘要:本文主要介紹了
工作用廉金屬熱電偶測量結(jié)果的不確定度評定的方法。
0引言
廉金屬熱電偶主要采用兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢。本文主要針對
K型廉金屬熱電偶,依據(jù)JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》,運用雙極法進行校準(zhǔn)。用二等鉑銠-10鉑熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)器,采用高溫檢定爐提供恒溫溫場,通過低熱電勢掃描開關(guān)分別將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶溫度轉(zhuǎn)換為電勢進行測量。對校準(zhǔn)結(jié)果進行處理時需要考慮標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和被檢系統(tǒng)的不確定度進行評定。
名稱 |
不確定度/精度 |
編號 |
型號/類型 |
鉑銠10-鉑熱電偶 |
二等 |
S11-3285
|
S型
|
數(shù)字電壓表
(30mV) |
3×10-5 |
0685922
|
182
|
數(shù)字電壓表
(300mV) |
10×10-6 |
0685922
|
182
|
熱電偶檢定爐 |
0.2℃ |
0019901
|
TCM1300
|
低熱電勢掃描開關(guān) |
0.08μV |
991102
|
TCM18 |
依據(jù)的技術(shù)文件 |
依據(jù)JJG351-96《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》
JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》 |
測試低點 |
建造公司A座高溫室 |
環(huán)境條件 |
實驗溫度:20℃相對濕度:45% |
2被檢對象
本文被校準(zhǔn)的對象為
K型熱電偶,I級,允許誤差為±△t=0.75%t。以誤差最大點400℃作為評定點。
3校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定
3.1數(shù)學(xué)模型
式中,e
被(t)為被測熱電偶在需測量溫度點t的熱電動勢;e
被(t")為被測熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;E
標(biāo)(t)為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書上的電勢值;e
標(biāo)(")為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在測量時(溫度點t")的熱電動勢;S
標(biāo)(t),S
被(t)為標(biāo)準(zhǔn)、被測熱電偶在需測量點溫度t的微分電動勢。
3.2測量不確定度來源
1)輸入量e
被(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
被);
2)輸人量E
標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E
標(biāo));
3)輸入量e標(biāo)(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo))。
3.3不確定度評定.
3.3.1輸入量e
被([t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
被)
該不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測量誤差、檢定爐溫場不均勻、測量回路寄生電勢以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(eg)的評定
u(e
被1)不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性,采用A類方法進行評定。
在校準(zhǔn)點穩(wěn)定條件下對被校熱電偶重復(fù)測量12次,數(shù)據(jù)為(單位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,利用貝塞爾公式可得實驗標(biāo)準(zhǔn)差為
5764mV的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e
被2)=0.249μV。
3)熱電偶檢定爐溫場分布不均勻引人的不確定度u(e
被3)
由檢定爐溫場分布不均勻引人的最大誤差不超過20μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為均勻分布,包含因子k=√3,取半寬為10μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e
被3)=10√3=5.774μV。
4)低熱電勢掃描開關(guān)引人的不確定度u(e
被4)
根據(jù)掃描開關(guān)證書可知,標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
被4)=0.08/2=0.04μV。
5)參考端恒溫器引入的不確定度u(e
被5)
由經(jīng)驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶來的誤差不超過±4.0μV(相當(dāng)于±0.1℃),按照均勻分布,包含因子k=√3,取半寬4.0μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
被5)=4/√3=2.31μV。
6)輸人量eu(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
被)的合成
輸人量e被(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e被)由分項u(e被1)~u(e被5)合成,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
3.3.2輸人量E
標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度E
標(biāo)的評定
輸人量E
標(biāo)(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源于二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10_鉑熱電偶分度值的不確定度和其年不穩(wěn)定性情況,采用B類方法進行評定。
1)不確定度u(E標(biāo))的評定
二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶分度結(jié)果不確定度引人的誤差不超過±7μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為均勻分布,包含因子k=√3,半寬為7μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度=7/√3=4.041μV,
2)不確定度u(E
標(biāo)2)的評定.
由二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩(wěn)定性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,采用B類方法進行評定。
二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年不穩(wěn)定性引人的誤差不超過±10μV,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為正態(tài)分布,包含因子k=3,半寬為10μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度=10/3=3.333μV
3)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶不確定度u(E
標(biāo))
3.3.3輸入量e
標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo))的評定
輸人量e
標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo))不確定度來源于被測熱電偶測量重復(fù)性、數(shù)字電壓表測量誤差、低熱電勢掃描開關(guān)以及熱電偶參考端溫度不均勻。
1)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo)1))的評定
u(e
標(biāo)1)來源于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量重復(fù)性,采用A類方法進行評定。
在校準(zhǔn)點穩(wěn)定條件下對標(biāo)準(zhǔn)熱電偶重復(fù)測12次,數(shù)據(jù)為(單位mV):3.2668,3.2668,3.2667,3..2667,3.2327,3.2326,3.2325,3.2325,3.2732,3.2732,3.2730。12次測量的平均值=3.2575mV利用貝塞爾公式可得樣本標(biāo)準(zhǔn)差為
以3組的平均值為測量結(jié)果,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度=sp√3=10.728μV
2)數(shù)字電壓表引人的不確定度u(e標(biāo))
由數(shù)字電壓表的證書可知,數(shù)字電壓表在30mV的相對擴展不確定度為3x10
-5,故在校準(zhǔn)3.2574mV的標(biāo)準(zhǔn)不確定度=0.049μV
3)低熱電勢掃描開關(guān)引人的不確定度u(em)
根據(jù)掃描開關(guān)證書可知,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(e
標(biāo)2)=0.08/2=0.04μV
4)參考端恒溫器引人的不確定度u(e
標(biāo)3)
由經(jīng)驗和實驗可得:熱電偶參考端溫度不為0℃帶米的誤差不超過±0.54μV(相當(dāng)于+0.1℃),按照均勻分布,包含因子k=√3,取半寬0.54μV,故標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo)3)=0.54/√3=0.31μV
5)輸人量e
標(biāo)(t′)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo))的計算
輸人量e
標(biāo)(t")的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e
標(biāo))由分項u(e
標(biāo))~u(e
標(biāo)1)合成,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
5擴展不確定度
取包含因子k=2,則U=k×uc=2×66.376=132.75μV,換算成溫度為:U=3.1℃.
6測量結(jié)果
7小結(jié)
本文通過對廉金屬熱電偶進行測量,并對測量結(jié)果有影響的不確定度分量進行分析,通過實際的測試數(shù)據(jù)進行計算,最終給出測量結(jié)果,為廉金屬熱電偶在以后的不確定度評定中提供了參考方法。