工業(yè)熱電偶測量結(jié)果的不確定度分析

摘要;介紹了工作用廉金屬熱電偶測量方法,并且對測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定,評價了影響測量結(jié)果的因索。
0引言
　　工作用廉金屬熱電偶是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè),農(nóng)業(yè)，科研等部門的重要溫度計(jì)量儀器。其檢定裝置由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、數(shù)字多用表、熱電偶檢定爐、冰點(diǎn)恒溫器、自動掃描開關(guān)、控溫裝置及計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)組成。本文依據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程中的方法和要求,評定了工作用廉金屬熱電偶檢定裝置和儀器示值誤差檢定結(jié)果的不確定度。
1檢定裝置的構(gòu)成及原理
　　整套裝置由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、數(shù)字多用表、熱電偶檢定.爐、冰點(diǎn)恒溫器、自動掃描開關(guān)、控溫裝置及計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)組成。其原理是將標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶捆扎成一束,使其工作端對齊,置于檢定爐最高溫度位置,參考端置于冰點(diǎn)恒溫器中,用同材質(zhì)的導(dǎo)線將各熱電偶與自動掃描開關(guān)連接。給控溫裝置設(shè)定-.檢定點(diǎn)溫度,在控溫裝置的控制下使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定的檢定點(diǎn)附近,此時通過自動掃描開關(guān)及數(shù)字多用表就可以讀出各熱電偶所測量的爐溫。被檢熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所測爐溫的差即為被檢熱電偶的誤差。
2檢定裝置不確定度評定
　　依據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程,采用雙極法,用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型熱電偶,檢定點(diǎn)選取1000℃。
2.1數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程中的計(jì)算公式:
 
式中:eb---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的熱電勢;
e'b---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)所測得的熱電勢;
Es---標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)的證書值;
es---標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)所測得的熱電勢;
SB---標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)的微分電動勢;
Sb---被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的微分電動勢。方差和靈敏系數(shù):
 
2.2不確定度分量的分析
　　被檢熱電偶在檢定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(ub)分析。
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶的測量端所處位置的不--致可能帶來的測量不確定度Oe測
　　規(guī)程要求熱電偶檢定爐工作區(qū)域最大溫差不應(yīng)超過1℃,在1000℃帶來41μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=41√3=23.672μV,估計(jì)其可靠程度為80%,自由度為12。
2.2.2標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶的參考端所處位置的不一致可能帶來的測量不確定度△e參
　　規(guī)程要求熱電偶檢參考端處于冰點(diǎn)恒溫器中,而冰點(diǎn)恒溫器工作區(qū)域不會超過0.1℃,帶來4.1μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=3,Deg=4.1√3=2.3672μV,估計(jì)其可靠程度為90%,自由度為50。
2.2.3被檢熱電偶多次測量的不重復(fù)性可能帶來的測量不確定度△e重
　　在重復(fù)條件下對所分析的K型熱電偶在1000℃檢定10次數(shù)據(jù)如下(mV):41.324,41.322,41.322,41.325,41.320,41.325,41.320,41.322,41.323,41.325,e=41.3228mV,
 
自由度為9。
2.2.4測量回路的寄生熱電勢可能帶來的測量不確定度△e回
　　測量回路的寄生熱電勢以及自動掃描開關(guān)的寄生電勢不會大于1μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=1√3=0.58μV估計(jì)其可靠程度為90%,自由度為50。
2.2.5數(shù)字多用表測量的不確定度Oe數(shù)
　　數(shù)字多用表在50mV的測量誤差為,屬于均勻分布，故k=3,△e測=6/√3=3.464μV估計(jì)其可靠程度為90%，自由度為50。.
將以上5項(xiàng)合成
 
3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(up)分析
3.1標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶的測量端、參考端所處位置的不一致可能帶來的測量不確定度,測量回路的寄生熱電勢可能帶來的測量不確定度已在2.1中分析,此處不再重復(fù)考慮。
3.2標(biāo)準(zhǔn)熱電偶隨時間的不穩(wěn)定(即標(biāo)準(zhǔn)偶在檢定點(diǎn)的證書值可能帶來的測量不確定度△e時)規(guī)程要求一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的年穩(wěn)定性5μV,屬于均勻分布,故k=√3,分別為5/√3=2.887和10/√3=5.774
使用一等偶時
△e測=5/√3=2.887μV;
使用二等偶時
△e測=5√3=5.774μV,估計(jì)其可靠程度為90%,自由度為50。
3.3數(shù)字多用表測量的不確定度△e數(shù)
　　數(shù)字多用表在10mV的測量誤差為,屬于均勻分布,故k=3,△e測=4.5/√3=2.598μV,估計(jì)其可靠程度為90%,自由度為50。
將以上2項(xiàng)合成.
使用一-等偶時
 
取整為20。
4擴(kuò)展不確定度
取估計(jì)值的置信概率95%。
Veff=20,則k95=t95(Veff)=2.09。
使用一等偶時
U95=2.09x0.705=1.47℃k95=2.09
使用二等偶時
U95=2.09x0.827=1.72℃k95=2.09
用本所一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支工作用K型熱電偶(II級)檢定結(jié)果如下:
檢定點(diǎn)1000℃;E=41.323mV
修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09
5結(jié)論
　　綜上所述，依據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程中的方法和要求,評定出的熱電偶檢定裝置的擴(kuò)展不確定度為檢定點(diǎn)1000℃;E=41.323mV修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09。