热电偶电动势的测量偏差分析

摘要:直流电位差计可以较准确地测量出被测值，但仍旧存在一定的偏差。对运用直流电位差计测量热电偶热电动势产生的偏差进行分析，计算了测量系统的A类和B类不确定度。介绍了可以修正测量系统部分偏差的方法，说明了可略去的偏差原因.
0引言
　　热电偶是工业生产上常用测温仪表中的测温元件，它能直接测量温度，并把温度这个物理量转换成热电动势[1].因此，对热电动势值的准确测量可提高测温的准确性、直流电位差计是利用直流补偿原理制成的一-种测量仪器、所谓补偿法也是一种比较测量法，测量准确度比较高，除测量电压外，还用于测量电流、电阻、电功率(2].但是，采用直流电位差计测量热电偶的热电动势，也会和其他仪器一样产生一定的偏差，下面就其在测量热电偶热电动势时的不确定度进行分析计算.
1电位差计测量电动势原理
　　如图1所示是直流电位差计的原理图，可分为三个回路[2].
 
　　回路III为工作电流回路，有辅助电源E,可变电阻Rp,调节电阻R和标准电阻RN.它的任务主要是提供一个稳定的工作电流.
　　回路I为校准回路，标准电池Es用来校准工作电流，把开关S合向1时，调节Rp改变工作电流，检流计指零时有
Es=IRN(1)
　　回路II为测量回路，保持工作电流不变，把开关S合向2时，调节电阻R，若检流计指零，表明被测电势Ex与电阻R上的压降相互补偿，即
 
2测量系统中可修正及可忽略的偏差
2.1可修正的偏差
 
　　测量电路中，各种接触点很多，不可能做到完全欧姆接触，而且接点的热容量也各不相同，因而不可避免地会产生附加电势，即寄生电势，它与被测热电动势值相叠加从而影响被测量值.减少寄生电势的方法是电流换向法，考虑到寄生电势方向与电流方向无关，故本文采用如图2(见15页)所示的测量电路.
 
2.2可忽略的偏差
　　在测量电路配制中，尽量使用偏差可略的元件，其中包括:调节电阻Rp调节不够所造成的偏差;因工作电流和被测热电势数值都较低且漏电并不严重，所以绝缘电阻达不到理想状况的无穷大而引起的偏差也可忽略;在配制较好的稳压电源情况下，可忽略工作电流回路输出端电压变化带来的偏差[3].
3热电偶热电动势测量值的不确定度
3.1A类不确定度UA
　　表1是电位差计在热电偶温差一定时的热电动势测量值，共计10次.
 
　　由此看到该项偏差就是电阻上的偏差，主要有温度偏差和制造调整偏差.对于本测量使用的UJ31型电位差计标准使用温度是15~25℃,检定温度是20±1℃,设温度每变化1℃电阻相对变化量为α，20±1℃到25℃之间温度相对变化的最大可能值则为
rtmax=6(αR一αRN)
　　而UJ31电位差计的|αR-αRN|≈7X10^-6,所以电阻上的温度偏差为;
rtmax=6(αR-αRN)≈42X10^-6≈0.0042%
　　UJ31电位差计在制造时将电阻的制造调整偏差最大限制在0.01%,其余各部偏差可路.因此,此项偏差最大可能值为0.02%.温度偏差和制造调整偏差总值为
rx≈0.0042%+0.02%≈0.024%
所以有
 
3.2.2电位差计测热电偶热电动势温度补偿盘偏差的不确定度Ux.
　　温度补偿盘是对热电偶冷端温度进行补偿的,测量中使用的温度补偿盘所产生的温度补偿电压最大偏差是±50μV,即△Es=50μV,所以
 
3.2.3检流计灵敏度偏差的不确定度UB3、UB4
　　测量电路中使用的检流计为指针式，因其灵敏度不够必然在校准回路和测量回路中引起系统偏差，设此两项偏差的不确定度为UB3、UB4.
 
　　首先计算校准回路的检流计灵敏度偏差的不确定度UB3.如图3所示电路校准时若完全补偿则有Es=IRN,但因受检流计灵敏度不够的限制,不可能做到完全补偿,回路I中就有电流,必然引起工作电流的变化,分:析电路可知
 
　　其中标准电池内阻Rs=1200Ω、Rp=304.45Ω、R=17.10Ω、Rn=0.31082Ω、检流计的灵敏度Sg=1.2X10⁶div/A.灵敏度阈值△n=0.3div、内阻Rg=180Ω.
 
　　其次，计算测量回路的检流计灵敏度偏差的不确定度UB4.如图4所示电路测量时若完全补偿则有Ex=IRx,同样因受检流计灵敏度不够的限制，不可能做到完全补偿而产生偏差，分析电路可知
 
3结语
(1)应用Pro/E和ANSYS软件建立了PVR系列叶片泵转子的三维有限元模型，并对转子模型进行了模态分析，得出了转子的各阶固有频率及振型，这为对转子作进一.步动力学分析打下了基础，同时也为实验模态分析中激励方式、测点布置、采样频率等因素的确定提供了依据.(2)为准确确定元件的各阶频率及振型，一般采用应用软件分析与试验相结合的方式，因此本文用ANSYS分析所得的结果，也为和实验数据进行比较提供了依据.通过二者结合后，一般可相对精确地确定元件的固有频率及振型，为判断元件在实际工作中是否会和外激励发生共振以及如何避免共振提供了参考.