一等铂铑10热电偶校准K型热电偶测量不确

摘要:热电偶是温度测量中常用的传感器之-一，被广泛地应用在工业测量中。而K型热电偶是常见的一种，对它的的校准是采用比较法中的双极法。本文详细论述了用一等铂铑10-铂热电偶校准K型廉金属热电偶时不确定度评定的详细过程，对校准廉金属热电偶工作具.有一定的指导意义。
0引言
       热电偶是温度测量中常用的传感器之一，它的种类有很多,其中常见的是K型热电偶，它由正负两极组成，正极是含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金。K型热电偶不仅具有较大的热电动势,而且热电动势的线性良好。另外K型热电偶具有良好的稳定性和均匀性,其抗氧化性强，价格也相对便宜,因此被广泛地应用在工业测量中。
       K型热电偶的校准是采用比较法中的双极法，本文是用一等标准铂铑10-铂热电偶校准K型热电偶。先将标准热电偶套上保护管,然后将其与被校热电偶捆扎,放置于检定炉的同-.有效温区处，并使标准与被校热电偶的测量端处于同一个径向截面上。将参考端置于冰瓶中,温度由低到高的顺序在各校准点上用电测装置分别测量标准与被校热电偶的热电动势,并将其进行比较，计算其误差或相应热电势值。本文详细论述了用一等铂铑10-铂热电偶校准K型廉金属热电偶时不确定度评定的详细过程，对校准廉金属热电偶工作具有一定的指导意义。
1概述
1.1校准依据
JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》。
1.2校准环境条件
温度(23+5)C,相对湿度(45~75)%。
1.3测量标准及其配套设备的主要技术参数
      一-等标准铂铑10-铂热电偶在锌、铝、铜三个凝固点温度的总不确定度δ=0.6°C,k=3;0.005级数字多用表,在DC100mV以下其年最大允许误差为MPE:土(0.0050%x示值+0.0035%量程)mV。
1.4被校对象及其技术参数
      2级工作用K型(镍铬-镍硅)热电偶,在(333~1200)C范围内最大允许误差为MPE:+O.0075·t。
1.5校准方法
采用比较法中的双极法。
1.6测得值不确定度评定的适用范围.
       本实例中不确定度的评定采用了合并样本偏差.的方法，因此本次不确定度的评定结果适用于使用同一套计量标准在相同的条件下进行测量示值基本相同的--组同类被测量。
2测量模型的建立
       在300%C以.上温区，被校热电偶在校准温度点上热电动势的测量模型为:

式中:
e被(t)-被校热电偶在某校准温度点的热电动势值,mV;
e_被一被校热电偶在某校准温度点附近测得的热电动势算术平均值,mV;
`e<sub>标证</sub>一标准热电偶证书，上某校准温度点的热电动势值,mV;
`e_标一标准热电偶在某校准温度附近，测得的热电动势算术平均值,mV;
S_标、S_被一标准热电偶、被校热电偶在某校准温度点的微分热电动势,uV/℃;
e_补一补偿导线修正值,mV。
3不确定度来源和不确定度分量评定
       被校热电偶输入量`e<sub>被</sub>被引入的标准不确定度u(`e_标),其来源有被校热电偶的测量重复性、数字多用表示值误差、炉内温场不均匀、炉温的波动、转换开关寄生电势、参考端偏离0C、补偿导线。标准热电偶引入的不确定度,其来源有示值误差e_标证和输入量`e_标的测量重复性等。
3.1被校热电偶测量重复性引入的标准不确定度u1
       用A类方法评定。对编号为R1#~R5"的5只被校热电偶在400℃、600℃、800℃、1000℃四个校准点分别独立进行重复测量,获得5组每组10个测量数据，合并样本标准偏差Sp1以400℃为例，获得的测量数据见表1。

单次实验标准差:

3.2数字多用表示值误差引入的标准不确定度u2
      用B类方法进行评定。在K型的热电偶校准过程中,数字多用表的使用范围是DC100mV以下，在这个范围内，其年最大允许误差为MPE:土(50×10^-6读数+35×10^-6量程)。在区间内可认为服从均匀分布，包含因子k=/3,由测得重复性数据的平均值可以求出数字多用表的示值误差在各校准点引入的不确定度分量u2结果见表3。

3.3炉内温场不均匀引入的标准不确定度u3,
       用B类方法进行评定。炉内温场同一截面任意两点的温差绝对值不应大于0.25℃，在区间内可认为服从均匀分布,包含因子h=/3,可以计算出在各温度校准点引入的标准不确定度，见表4。

3.4炉温的波动引入的标准不确定度u4
       用B类方法评定。校准时，每个校准点的整个读数过程,温度的变化不得大于0.5℃，在区间内可认为服从均匀分布，包含因子k=√3,可以计算出在各校准点炉温的波动引入的标准不确定度，见表5。

3.5转换开关寄生电势引入的标准不确定度u5
       用B类方法进行评定。转换开关各路寄生电动势最大之差不应超过±0.5uV,半宽为0.5uV,在区间内可认为均匀分布，包含因子k=√3,因此引入.的标准不确定度为:

3.6参考温度偏离0℃引入的标准不确定度u6
       用B类方法进行评定。参考端恒温器工作温区变化不应超过±0.1℃，以微分电动势39.45uV/℃计算，换算成热电动势为3.945uV,半宽为3.945uV,在区间内可认为均匀分布，包含因子k=√3.故标准不确.定度为:

3.7标准热电偶示值误差e,_标证在某校准点引入的标准不确定度u(e_标证)
       用B类方法进行评定。在区间内可认为均匀.分布,包含因子k=/3,根据检定证书查出标准热电偶在各校准点的热电动势值，并计算出其在各校准点引入的标准不确定度u(e_标证)见表7。

3.8标准热电偶测量重复性`e<sub>标</sub>引入的标准不确定.度u(`e_标)
       用A类方法进行评定。用一等标准热电偶分别在各校准点测得5组每组10个重复性测量数据，合并标准偏差得到sp2实际校准工作中是以4次测量的平均值作为测得值，故u(`e_标)=sp1/4。其400℃点测量数据见表8。

       用同样的方法获得标准热电偶在其他校准点的重复测量数据，并计算出测量重复性在各点引入的标准不确定度u(`e_标),如表9所示标

3.9补偿导线引入的标准不确定度u(e_补)
      用B类方法进行评定。经测量,K型补偿导线在30℃时误差为土0.2℃，约为±8.45uV,半宽为8.45uV,按均匀分布考虑,包含因子h:=/3.则标准不确定度为:
4确定度传播公式及灵敏系数
       测量模型中各个输入量的不确定度相互独立，根据不确定度传播律:

5标准不确定度分量汇总表(见表11)


8结束语
       用一等标准铂铑10－铂热电偶校准2级K型热电偶时，在(333～1000)℃范围内其最大基本误差为MPE:±0.0075·t，可以计算出在400℃时MPE:±3℃、600℃时MPE:±4.5℃、800℃时MPE:±6℃、1000℃时MPE:±7.5℃。对应各点的不确定度评定结果均落在最大允许误差的1/3～1/10内，因此评定结果合理，可以用于指导日常2级热电偶的校准工作。