熱電偶檢定的誤差分析及總不確定度的分析論證

熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)制成的溫度測(cè)量元件，上海自儀公司是一種廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的溫度傳感器，它由兩種不同材料的熱將其兩端的溫度差，以電勢(shì)值的形式輸入給二次儀表———溫度顯示儀表，以完成溫度測(cè)量的全過(guò)程。因 此，熱電偶就是測(cè)量?jī)x表的基礎(chǔ)元件，其示值性與否，將影響著整個(gè)控溫的準(zhǔn)確度。因而熱電偶在檢定過(guò)程中，其標(biāo)準(zhǔn)裝置，檢定方法等，是否滿足檢定規(guī)程要求，將從根本上影響著檢定結(jié)果的準(zhǔn)確

1、 概述

根據(jù) JJG141—2013《工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》要 求，檢定方法有雙極比較法和同名極比較法，根據(jù)單位的情況采用雙極比較法。其檢定原理圖示進(jìn)行。規(guī)程要求檢定時(shí)檢定標(biāo)準(zhǔn)與所有被檢熱電偶的參考端應(yīng)全部直接插入 1 個(gè) 0℃的冰點(diǎn)槽里，這樣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)，由低電勢(shì)直流電位差計(jì)或其他等測(cè)得的熱電勢(shì)值為 E( t0 ) ，即檢定爐的爐溫 t，相對(duì)于 0℃的熱電勢(shì)值，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶誤差修正后，就可以從熱電偶分度表中直接查得熱電偶所測(cè)實(shí)際出被檢熱電偶的誤差值。

2 熱電偶的檢定方法及所用標(biāo)準(zhǔn)裝置

通常熱電偶的檢定方法有雙極比較法、同名極比較法，一般使用的是同名極比較法。熱電偶在檢定前先清洗、退火、然后捆扎入爐。檢定在鋅( 419．527℃ ) 、鋁( 660． 323℃ ) 、銅( 1 084． 62℃ ) 3 個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行，開始測(cè)量時(shí)，其低溫到高溫逐點(diǎn)檢定，檢定爐爐溫偏離檢定點(diǎn)溫度不得超過(guò) ± 5℃，當(dāng)爐溫升到設(shè)定檢定點(diǎn)后觀測(cè)到爐溫變化小于 0． 1℃ /min( S 型、Ｒ 型熱電偶) 時(shí)其測(cè)量順序?yàn)?測(cè)量時(shí)每只熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)量次數(shù)不少于 4 次，整個(gè)測(cè)量過(guò)程爐內(nèi)溫度變化低于 0． 5℃。測(cè)量讀數(shù)保留到小數(shù)點(diǎn)后 4 位( 0． 1 μv) 。由于檢定點(diǎn)銅 3 個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行的，合格的熱電偶在鑒定證書中還須給出 300℃ ～ 1 300℃ 各整百度上的熱電勢(shì)值。計(jì)算式為:式中: et 溫度 t 時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)值，e1、e2、e3 被檢定的熱電偶在 3 個(gè)固定點(diǎn) t1、t2、t3 時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)值， 1 ( t) ， 2 ( t) ， 3 ( t) ，分別為 t1，t2，影響函數(shù):

3 誤差來(lái)源、產(chǎn)生原因及計(jì)算分析

誤差來(lái)源主要以人、機(jī)、料、法、環(huán) 5 個(gè)方面分析。 1) 一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10 － 鉑熱電阻的不確定度評(píng)定為 0． 6℃，正態(tài)分布，取 k = 2． 58。則:

2) 一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的年穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u2。由檢定規(guī)程 JJG75 － 1995 得知，其在銅點(diǎn)的年穩(wěn)定性不超過(guò)5 μv，假設(shè)按均勻分布，于 0． 24℃。

3) 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u3。對(duì)分度號(hào)為 S、編號(hào)為 47 － 1S － 11 的熱電偶在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量 8 次，在銅點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)如下: 10． 567 9，10．567 5，10． 566 8，10． 566 5， 10． 566 3，10． 566 6，10． 656 9實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差 Sn = 0． 049℃，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

4) 電測(cè)儀表讀數(shù)不準(zhǔn)確引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u4。 2010 型 7 位半數(shù)字多用表由使用說(shuō)明書得知在測(cè)量銅點(diǎn)熱電勢(shì)為 10． 575 mv 時(shí) 的 極 限 誤 差

003 7% 讀 數(shù) + 0. 000 9% 量程) ，得允差 e4 = ± 1． 29 μv( S 熱電偶在銅點(diǎn)時(shí)) ，相當(dāng) 于 0． 11℃，假設(shè)按均勻分布，k = 槡3。其 結(jié) 果 相 當(dāng) 于0

5) 轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電勢(shì)引入的不確定度分量 u5。檢定規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)換開關(guān)各路寄生電勢(shì)小于 0． 4 μv，相當(dāng)于 0． 03℃。假設(shè)按均勻分布 。其

0． 02℃。

6) 檢定爐溫場(chǎng)不均勻性引入的不確定分量 u6。檢定規(guī)程規(guī)定，管式檢定爐溫均勻溫場(chǎng)內(nèi)溫度變化梯度 0． 4℃ /10 mm，半寬度 e6 = 0． 2℃。按均勻分布 。

4 被檢熱電偶總不確定度計(jì)算

1) 總不確定度由以上 8 項(xiàng)不確定度合成，上述 8 項(xiàng)不確定度彼此好立，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc:

2) 拓展不確定度 U = KUC = 0． 78℃ ( k 取 2)

被檢熱電偶在使用溫度上限允許基本誤差 = 1 600℃ × 0. 25% = 4． 0℃

5 結(jié)語(yǔ)

鉑銠 10———鉑熱電偶檢定裝置的總不確定度為 0． 78℃，小于被檢熱電偶的允許基本誤差 4． 0℃，達(dá)到了計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備不確定度為被校準(zhǔn)檢測(cè)備/3 ～ 1 /10 點(diǎn)要求，滿足熱電偶檢定要求。從以上分析中可知，由于在熱電偶檢定中采取了許多消除或避免誤差產(chǎn)生的措施，使得被檢熱電偶的總不確度。因此，在檢定工作中，上海自儀公司要嚴(yán)格遵守檢定規(guī)程，不斷學(xué)習(xí)，要從人員、裝置、方法、環(huán)境及被檢熱電偶特性等多方面做些更細(xì)致的工作，使測(cè)量不確定限度，以保證熱電偶的傳遞精度。為企業(yè)更好更快持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。