双金属温度计测量值不确定度评定

摘要:双金属温度计是-种现场检测仪表其可以直接测量中低温度的蒸汽或气体介质温度。在工业现场温度检测过程中对检测结果的不确定度进行有效评定能够保证测定结果精度为工业生产提供正确的数据支持。基于此文章主要对双金属温度计测定值的不确定度评定进行了简要分析。

0引言

随着工业机械化、自动化的不断发展工业生产对设备的运行精度要求也越来越高。仪器仪表作为工业生产所必须的仪器设备之一其仪表测量结果的直接影响着工业生产工艺的运行效果。运用不确定度的评定方法对工业仪表测量值进行评定能够保证测量结果的可靠性。因此相关技术人员应重视工业仪表测量值的不确定度评定工作保证评定结果的正确性。

1双金属温度计的工作原理

双金属温度计具有响应速度快、体积小.测量值稳定等特点被广泛应用在工业生产中。工业用双金属温度计主要是用两种或多种金属片叠压在一起利用不同金属的热膨胀系数不同来测定工艺温度。双金属温度计可直接用于测定-80C~+500C范围内的介质温度。

2双金属温度计测量值的不确定评定

2.1测量依据及测量范围

以JJG226- -2001《双金属温度计检定规程》为测量依据,对- 80C~+300C范围内温度计进行测量,环境条件为15-35C相对湿度≤85%。计量标准与实验设备如表1所示。

为了保证评定结果的正确性,当测量范围小于10C时可以选用尔等标准的铂电阻温度计作为主标准器若测量温度范围大于10C时，可以选用二等标准的水银温度计做主标准器进行测量。双金属温度计的分类如表2所示。

2.2测量方法

在温度计检定过程中技术人员可以选择标准的水银或铂电阻温度计进行检定。在温度计检定过程中按规定将标准温度计及校准温度计放入一定温度的恒温槽中然后读取相应的温度数值。需要注意的是实验人员应待温度计示值稳定后进行读数"。为了保证温度计检定结果的可靠性需重复进行多次实验获取相应的数值。然后将校准温度计读数进行编号:被检1-→被检2...→被检n等等然后取相反的顺序回到标准计算被检温度计读数的算术平均值得到标准温度计和被检定/校准温度计的示值从而计算出被检定/校准温度计的示值误差。被测温度计读数估计到分度值的1/10。

2.3测量检定模型

在测量检定计算过程中以下式为模型展开计算:

v=t-(t'+A)

其中v是被检定温度计示值误差1为标准温度计示值;A为标准温度计的修正值2为被检定温度计的示值。

在双金属温度计测量值不确定度评定过程中能够影响评定结果的因素有很多如估读温度计示值的标准引入存在不确定度分量u(t1) ;重复测量的引入标准存在不确定度分量u (t2) ;温度计引入的标准不确定度分量u(T1) ;恒温槽温度波动引起的测量值不确定分量u(T2)恒温槽温场不均匀性引入的标准存在不确定分量u (T3)数字测量仪引入的标准不确定度分量u(T4)"。

3双金属温度计测量值不确定评定

首先在该不确定度评定过程中其标准不确定度的来源之一是由温度计的重复性估读引入引起的技术人员可以用A类标准不确定度法进行评定如在100℃恒温槽内,测量范围对校定温度计与标准温度计分三组进行10次连续测量则样本偏差为:

s1=0.12.s2=0.1、s3=0.12其中s 1. s 2. s 3分别为样本1、样.本2、样本3的测试偏差。将样本数据进行综合处理得到被测温度计的偏差sp则其中s的单3白位为℃。

其次在输入量1的不确定评定过程中因u(t2)引起的误差也是影响评定结果正确性的另-因素。如对测量范围在0-50℃的双金属温度计进行测量,其精度等级及分度值分别为1.0级、1℃。若在50℃的恒温槽中对其进行检定按双金属温度计检定规程连续进行10次实验得到如表3测量示值。

依据表3的数据利用贝塞尔公式计算得到的实验标准偏差为:

分别进行三次独立重复实验则其测量不确定度:

再次由于温度计引入标准不确定度分量的评定。在标准水银温度计检定规程中其温度计检定结果的修正因子扩展不确定度为U95=0.03℃ ,其中,因子kn=2.58 ,则u(T1)=0.03/2.58=0.012℃ ;同时标准铂电阻温度计的检定结果修正因子的引入标准不确定度u(A)其检定结果的

最后,恒温槽温度波动的不确定评定。通常情况下，恒温槽温场的波动特定为0.01C/(10min),则其不确定度的区间半宽为0.005℃ ,对其进行均匀分布处理则u(T2)=0.0005/V 3≈0.003℃。同时,恒温槽的最大温差为0.05℃,则因温场的不均匀性也会影响测量结果的标准偏差，对其测量值进行不确定度评定可以用下式进行均匀处理:

u(T)=0.025/V 3≈0.015C 其中,0.025是恒温槽温场的不确定度区间半宽。

由于以.上各项标准不确定度分量是相互独立的所以,双金属温度计测量值得标准不确定度应为u。(y)=0.28℃。在扩展标准不确定度计算过程中，因合成标准不确定度包含的分量比较多其中主要分量的变化为正态分布，因此输出量估计值可近似为正态分布u(y)的有效自由度估计值较大当包含因子k=2时则u.(y)的区间具有的包含概率为95%最终的标准不确定度:

U=ku(y)=0.2℃

4结束语

总而言之在双金属温度计测量值不确定度评定过程中利用相关的检定规程及计算方法能够得到不确定度取值,从而为温度计校准工作的开展提供了技术保证。因此相关技术人员应加强对仪器仪表测量值不确定度评定工作的研究力度,对测量数值进行多次检定实验，保证仪器仪表读数的正确性为工业生产的稳定运行奠定坚实的基础。