廉金属热电偶校准规范

摘要:JJF1637(“廉金属热电偶校准”)将JJG351(“工作用廉金属热电偶检定”)替换为JJF1637与规程相比，标准重新定义了可校准对象的温度和长度，并进一步精确了设备和其他设备使用，校准方法发生变化，校准结果的不确定性增加。本文对规程分析了以下方面的说明，其中总结了主要更改和注意事项。比较了规范与规程，比较范围、标准及其相关装置、校准方法、不确定性分析等变化，并对不确定性提出了不同的分析意见。
　　对于经校准的热电偶允许长度要求，不许超过500mm校准长度，可拆卸热电偶(K,N,E,J)取代了旧的、新的活动的(K,N,E,J)热电偶，长度小于750mm。当前，低成本金属热电偶通用规范是1200C的通用温度，它将K型和N型之间的热电偶校准限制降低到1200℃，符合等级规范。
1测量标准及配套设备
(1)标准器。要求规范和规程铂铑10-铂电阻热电偶数保持不变，但从标准中去除(-30-300)℃兼容水银温度计范围内的测量值，只剩下铂电阻温度计。
(2)电测设备。规范还提高了电测仪器的指标，廉金属热电偶使一级电测的精度提高到0.01以上，分辨率提高到0.1μV以上。此外，还给出了铂电阻温度计所使用标准电测量仪表的明确指标。
(3)恒温设备。对于低于300℃的温度，原规程提到一个恒温油槽，要求工作区温度差低于0.2℃。该规范允许在活动工作区的任何两个位置温度差低于0.1℃。对于大于300C的恒定温度，原规程要求管式炉最大均匀温度场中心与炉体几何中心沿轴线的偏差不得大于10mm;均匀温度场的长度不得小于60mm,14mm范围内的半径，任意两点之间的温差低于1℃。该规范要求配备均温块，轴向有效工作区30mm内，任何两点温差绝对值低于0.5℃;径向大于14mm范围内的半径，同截面任意两点间的温差低于0.25℃。
(4)开关转换。规程中寄生值必须小于1μV,该规范要求寄生值与各路寄生之间的差必须小于0.5μV。
(5)参考端恒温器。基本温度按照规范要求工作区温度变化(0±0.1)℃,要求恒温器深度至少200mm。
(6)补偿导线。规范规定了温度范围(室温70)C,允许偏差±0.2℃内的补偿。以前的规程里没有这个。详细比较指示符是先前规程中不存在的。详细比较:标准零件，标准水银温度计低于300℃，铂电阻温度计300℃或更高，二等等级铂铑10-铂热电偶、测量仪、精度等级0.02或更高，分辨率最小值1μV,校准1级偶:精度等级0.01或更高，最小分辨率0.1μV或更.高，校准2级偶:精度等级大于0.02级。300C以下的.恒定油槽要求工作区温度差小于0.2C,其中可检测到的变化不超过±0.1℃.活动工作区中任意两点之间的温度差低于0.1℃,校准时温度变化低于0.1℃/min.读取前后温度变化不得超过摄氏2度。300℃管道炉最:高均匀温度场的中心和炉子几何中心沿轴线偏移小于10mm的均匀温度场长度大于60mm,半径小于14mm,以及小于1℃的任意两点之间的温差。温度低于设定值士5℃，炉温小于0.2℃/min，测量温度变化低于士0.25℃。两点温度差的绝对值沿有效工作空间的轴小于0.5℃(轴向30mm)。半径大于14mm时，同一截面两点的绝对温差为0.25C.测量点温度低于±5℃,熔炉温度变化低于0.2℃/min，测量点温度变化低于0.5℃.热电偶在炉中央放置高温块,在温度为管式炉时配置恒温块，以确保管式炉加热满足要求。开关转换，低于1μV的寄生电势，低于0.5μV的寄生及各.路寄生电势电压，工作基本温度为(0±0.1)℃，工作环境温度为(0±0.1℃)，深度超过200mm。
(7)校准程序。本规范要求在校准热电偶测量的温度范围内至少校准三个温度点。与原始方法不同，本规范建议，如果校准热电偶电极的信号输出无法插入参考端的恒温器，则补偿线(约500mm)的一端可以连接到恒温器，另--端可以连接到铜线，并将其均匀地插入参考端的恒温器中。铜恒温器的标准端必须插入热电偶的标准端至少150mm。根据这种校准方法,被校准的热电偶可以从750毫米减少到500毫米，这大大缩短了热电偶的长度。以前不适合恒温器的热电偶者已经可以被校准了。300℃以下规范使用铂电阻温度计作为标准，因此本规范为热电偶校准提供了一种新的测量模型。测量方法和程序没有显著变化。应采用比较法，循环测量不少于四次。如果原始工艺在每个温度点校准热电偶，本规范要求恒温装置的技术规范。
(8)不确定性分析。校准规范廉金属热电偶，一个例子是评估附录JJF1637中热力学电动势和温度显示偏差的测量不确定度。本规程用400C分析了二等标.准铂铑10-铂热电偶和300℃二等标准铂电阻温度计校准的热电偶K型测量结果的不确定度。不确定性的主要来源是:反复引入的元件、电气仪表、不均匀的温度场和炉膛的温度波动。转换开关寄生电位、参考端子温度和标准引入元件。此外，组件被认为是相互独立的。最后，扩展不确定度的结果如表1所示。结果表明，在标定温度点测量结果的不确定度小于满足要求的标定热电偶允许误差的1.3。
 
(9)其他。对原规程所做的更改，并分析了这些更改的原因。在工作过程中，应当指出，影响热电偶测量的最重要因素是电测仪器的干扰和恒温器温度场的不规则性。因此，本规范的环境条件如下:电气测量仪器环境温度和相对的空气湿度必须符合要求;恒温.器的工作环境不应受到干扰或对外辐射干扰。由于补偿线用作校正方法，管式加热炉应配备温度补偿块。因此，在本说明附录c中增加了热电偶补偿线校准方法，从原规范中删除了管式加热炉温度场测试方法。由于主要国家测量机构提供的铂铑10-铂热电偶的电动势值是锌、铝和铜三个固体点的电动势值，因此从附录D中删除了初始规范和100%温度计制备方法中的锌、锑和铜固定点的电动势值以锌、铝和铜为例。
2恒温设备技术要求发生了变化
　　根据JJG351对测量不确定性的影响评估了测量的不确定性。温度场分布不均对测量影响最大。影响测量不确定性的比例排在第三位。必须改进恒温装置的技术指标。新标准要求校准炉温度场分布不均，并对测量产生重大影响。设置温度补偿块。初始有效环境温.度场指数不得大于1℃，轴向温度场不得大于0.5℃,径向温度场不得大于0.25℃.因此,对测量不确定性的主要影响是校准炉温度场的热传导系数取决于空气量和热辐射。这两种方法都对外部影响敏感，导致导热系数不均衡。经过多年的热电偶检查，发现热电偶检直炉的温度场不符合规定的技术要求，特别是在载荷条件下，温度场的温差是分裂型的。为确保校准炉内温度场分布均匀，需要研究稳定温度场的类型和影响因素。在固定导热系數中，导热系数(或导热系数)决定物体内部温度的分布。金属具有良好的导热性，可在温度场的均匀性方面发挥作用。校准炉温度补偿块解决了温度补偿块的结构问题:闭合端、开口端、插入热电偶底座的开口端、单端或多孔端.温度补偿块通常放置在校准炉的中心，允许偏差为10m，最终位置是校准温度场的位置.在运行过程中，校准室两端采用高温密封，以减少气流。温度补偿块使用金属的热传导系数，在热补偿块内，在稳定温度控制下快速均匀地释放热量，使有效室温在新规范的特定范圈内保持恒定。因为均温块选择材料至关重要。从导热系数开始，不同金属具有不同的导热系數。导热系数越高，导热性能越好。金属加热时，温度会迅速面均匀地上升。热演化迅速传递到整个金属，容易平衡，温度均匀，形成稳定的空间。第二，热电偶校准时温度将上升到1200℃.温度越高，金属和氧原子增大活力能力，氧化越快，阻力越小。膨胀性还应考虑。随着温度的升高，大多数金属的体积都在膨胀。生产最络产品时，应考虑膨胀因素，以便与校准炉良好地协调炉体，促进温度场的均匀性和稳定性。1000℃以下的温度场分布均匀，符合最新规范。当温度为100℃时，热系數大于900℃的合金内部结构变化不定，温度场分布较差，因为GH3030的热系数可能达到900℃以上。导热系数随宏观经济尺度的变化而变化。由于平衡块的材料选择正确，前后温度场测量的温差技术数据符合规范。
3增加了补偿导线技术要求和补偿导线的校准方法
　　规范要求标准热电偶和被校准热电偶的参考端为0℃.如果热电偶的参考端不是0℃,则应使用参考热电偶或温度补偿端热电偶的温度测量环境温度。原因是热电偶参考端的温度不同与相邻环境温度。校准的短热电偶和厚热电偶影响极端热传导。参考温度高于相邻环境温度。这允许使用标准温度计或温度传感器来测量环境中的环境温度，该环境不能真正反映热电偶的参考温度。此外，热电偶的参考温度随炉温变化。因为使用同一参考端子对多个热电偶进行补偿是不合理的，因此新规范包含了补偿线连接的具体要求。补偿线的输入分量为11.25μV,冲击的重力最大。补偿线满足从室温到70℃的±0.2℃的允许偏差。如果补偿线为K分度30℃，误差为±8.45μV，半宽为8.45μV,分布均匀,标准不确定度为8.45/3=4.88μV,对技术指标和校准水平有严格要求。在一定温度范围内，廉价的金属导体与连接的热电偶具有相同的热电性能，称为热电偶补偿导体。符合要求的平衡线在使用前必须仔细过滤。当然,有必要测量和校准补偿线。热电偶焊接的测量端必须牢固、光滑，无污染、变质、裂纹、气孔、飞灰等，以最大限度地减小焊缝尺寸和传热误差。通常是热电偶螺纹直径的两倍。
4电测仪表准确度等级与被校热电偶的准确度等级对应起来
　　可使用《廉金属热电偶检定规程》(JJG351)中规定的0.02级电测量仪表和电测量仪表的不确定度分量，对各种廉金属热电偶进行检定。0.02级为2.29μV,为了根据新规范的技术要求提高电测量仪器的精度,0.02级电测量仪器只能校准II级廉金属热电偶。0.01级电测量仪器只能校准所有质量的廉金属热电偶，不确定度分量为0.29μV。新的技术规格对电气测量仪器提出了更高的要求。电气测量仪器的选择基于精度水平，测量结果的不确定度以最大允许误差为例进行评估。两者之间的关系尚不清楚。JJF1262铠装热电偶检定控制和JJG141贵金属热电偶检定控制是指电测量仪表的精度水平。这些文件都没有直接解释具体准确性的重要性。技术人员长期以来一直模棱两可，需要从技术角度进行测量和评估。本文阐述了准确度的重要性和来源，并讨论了如何根据该指标选择电气测量仪器。
概括地说，由廉金属热电偶的校准可以说是逻辑的、概念性的、配套设备详细更好的校准。当前，热电动势值是科学的。值得一提的是，当使用标准铂铑10-铂热电偶作为标准时，在相同的条件下同时测量同一台机器上的标准和实测热能量值，从而在校正时考虑到热电势标准值和被检偶热电势值之间的相关性。