廉金属热电偶的不确定度计算

摘要:目前用量最大的廉金属热电偶是镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)，为保证计量性能的正确可靠，采用双极法对其进行检定,用一等标准铂铑10-铂热电偶检定一支K型II级热电偶,检定点选取1000℃。文章重点介绍了该检定方法和示值误差的不确定度评定。
0引言
　　廉金属热电偶指K、N、E、J等热电偶，此热电偶一般用于中低温场所使用，现场使用温度一般在1200度以下。廉金属热电偶是工业生产中最常见的一种热电偶,目前用量最大的廉金属热电偶就是镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)，其用量为其他热电偶的总和。深切地感受到有了计算机给我们工作带来的效率,为保证计量性能的正确可靠,和提高工作效率，根据多年工作经验，介绍一下用双极比较法检定K型热电偶的不确定度分析，其它几种热电偶计算方法和K型热电偶一样，只需要做一个EXCEL表输入数值就可。下面我们就用K型热电偶举例说明廉金属热电偶不确定度的计算。
1概述
　　整套装置的组成部分包括标准热电偶、自动扫描开关、冰点恒温器、热电偶检定炉.数字多用表控温装置及计算机综合控制系统组成。其原理是把标准和被检热电偶捆扎成一束,对齐其工作端,将其放入检定炉最高温度位置，同时在冰点恒温器中放入参考端,然后把各热电偶与自动扫描开关用同材质的导线连接起来。为控温装置设置检定点问题，保证炉温一直在该检定点温度左右，此时各热电偶所测量的炉温就会在自动扫描开关及数字多用表中显现出来。因各热电偶所处在检定炉内非常接近的位置,所测量的炉温应该相同,如果不同,则以标准热电偶为准，两者之间的差就是被检热电偶的误差,然后根据检定规程的要求就可以判定被检热电偶是否合格。依据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程,用一等标准铂铑10-铂热电偶检定一支K型,I1级热电偶，检定点.选取1000℃。
2数学模型
　　依据JJC351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中的计算公式:
 
　　式中各参数代表含义如表1。
　　方差和灵敏系数:
 
3不确定度分量的分析
3.1被检热电偶在检定点的标准不确定度(u)分析
①若被检热电偶测量端与标准所在位置存在差异,那么测量就会出现不确定度△e测。
规程要求热电偶检定炉工作区域的最大温差不能大于1℃,在1000℃带来41μV的误差,取半区间20.5μV,属于均匀分布,故k=√3,△e测=41/2√3=11.836μV,由此可知其可靠程度为80%,自由度为12。
②若被检热电偶参考端与标准所在位置存在差异，那么测量就会出现不确定度△e参。
相关规范标准中要求在冰点恒温器中放入热电偶检参考端，且要求冰点恒温器工作区域不能大于0.1℃,带来4.1μV的不确定度,属于均匀分布,故k=√3,Qe=4.1/√3=2.3672μV,由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
③由于重复多次的测量被检热电偶导致的测量不确
定度△e震。
在相同条件下1000℃检定所分析的K型热电偶，得
41.32441.32241.3224132541.32041.32541.320
41.32241.32341.325
 
④测量回路的寄生热电势可能带来的测量不确定度
△e回。
　　自动扫描开关的寄生电势和测量回路的寄生热电势不会大于1μV,属于均匀分布,故k=√3,△e测=1/√3=0.58μV由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
⑤数字多用表测量的不确定度△e数;
　　数字多用表有50mV的测量误差为6uV,属于均匀分布,故k=√3,△e测=6/√3=3.464μV
　　由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
　　合成以上五项,结果如下:
 
3.2标准热电偶在检定点的标准不确定度(u)分析
①由于标准与被检热电偶的测量端、参考端所处位置不-致导致的测量不确定度。
②标准热电偶随时间的不稳定(即标准偶在检定点的证书值可能带来的测量不确定度△e时
　　规程要求一-等标准铂铑10-铂热电偶的年稳定性5μV,属于均匀分布,故k=√3,使用一等标准热电偶时△e测=5/√3=2.887μV,估计其可靠程度为90%,自由度为50。
③数字多用表测量的不确定度△e數
　　数字多用表在10mV的测量误差为4.5uV，属于均匀分布，故k=3,△e测=4.5/√3=2.598μV,估计其可靠程度为90%,自由度为50。
将以上2项合成
 
3.4扩展不确定度
　　取估计值的置信概率95%。Vveff=70,则k95=t(veff)=2.09。使用一等标准热电偶时U95=2.09x0.446=0.93℃k95=2.09
4结论
　　通过以上检定方法的介绍和对其测量结果的不确定度分析,从而实现了U<1/3-MPEV,符合检定规程要求。这种方法对于其它各种型号等级的廉金属热电偶都很适用，通过做一个EXCEL文件,把对应的参数、数值输入,可以快速的得到各种廉金属热电偶的扩展不确定度。