工作用贵金属热电偶测量审核结果影响因素

发布时间:2021-07-12     浏览次数:
摘要:本文通过分析工作用贵金属热电偶测量审核过程中的影响因素,对其检定、校准过程中的一些常见疑问分别在不同的条件下做了相关实验,得到了多组实验数据,通过这些实验数据,把对测得值有影响的几个因素进行了量化分析,对贵金属热电偶的检定及校准工作具有一定的指导意义。
0引言
      工作用铂铑10-铂(S型)铂铑热电偶是最常见的一种贵金属热电偶,由于其示值稳定性好、测量准确度高、耐高温等特点,被广泛地应用于各种生产领域。对S型铂铑热电偶的检定、校准也是热工计量常见的工作之一。在测量审核工作的实施过程中,笔者对测量结果有影响的常见因素进行了分析,并对校准过程中的一些常见疑问分别在不同的条件下做了相关实验,得到了多组实验数据,通过这些实验数据,把影响因素进行了量化分析,对贵金属热电偶的检定及校准工作具有一定的指导意义。
1概述
1.1测量审核计划编号及样品的运输
      样品运输箱采用双层包装,外层为纸质,内层为仪器箱,中间使用塑料泡沫进行隔震包装。传输样品时应轻拿轻放。
1.2校准依据
      本次测量审核依据JJG141-2013《工作用贵金属热电偶》检定规程。
1.3校准对象及项目
      本次测量审核对其样品编号为S16-4950的一-支S型贵金属热电偶的锌、铝、铜三个固定点的示值误差进行校准。
1.4校准环境条件
温度(20+1)C,相对湿度(40~70)%。
1.5测量标准及其配套设备的确认
      为了保护被测样品在测量过程中不被污染,提出了设备确认,要求检定炉为管式检定炉,炉长600mm,内径应不大于20mm,如果不满足要求,须在炉内加装一支同轴清洁瓷管。
测量标准为一等标准铂铑10-铂热电偶检定装置,其主标准器为-等标准铂铑10-铂热电偶,检定炉为管式检定炉,炉长600mm,管式炉内炉装有一支内径小于20mm的同轴清洁瓷管。主标准器和配套设备完全满足工作用贵金属热电偶检定的要求。
1.6校准方法
采用比较法中的双极法:[1-2]
2测量审核实施过程中影响因素的研究
      在测量审核的实施过程中,笔者在不同条件下,对样品做了多组实验,获得了可以相互对比的数据,对在不同测量条件下得到的不同测量结果进行量化分析,得到了几种对测量结果存在影响的常见因素。
2.1参考端偏离冰点对测量结果造成的影响.
     按照规程规定,校准过程中参考端恒温器工作区域温度变化不得大于(0+0.05)℃。在校准时,刨冰机突发故障,由于测量审核规定的时间紧迫,一边找相关部门维修刨冰机的同时,笔者用其它方法把冰砸成小的碎块,放人冰桶,制成冰水混合物,但是由于小冰块的存在,无法达到规程规定的(0+0.05)℃,实测冷端温度为+0.8℃,进行了测试。获得了一组测试数据。这时刨冰机已经修好,笔者又重新配制了冰水混合物,在不改变其它条件的情况下,又重新进行了实验。获得的两组测量数据见表1。
 
      由于冷端温度偏离了+0.8℃,在0℃时换算成电压为0.8℃x5.4uV/℃=4.32uV,而4.32uV在锌、铝、铜的三个固定点换算成温度分别为:4.32uV+9.64uV/9℃=0.45℃;4.32uV+10.40uV/℃=0.42℃;4.32uV+11.80uV/℃=0.37℃。由于是正偏离,而导致测量系统错把+0.8℃当成0C而进行计算,这样会最后测得的数据偏小,误差负向偏大。从上面的数据还可以看出对低温影响较大,而随着温度升高,微分电动势也在变大,其倒数逐渐变小,偏离冰点的影响会逐渐减小。如果换算成偏离0.1℃,用上面的计算方法可以算出大约每偏离0.1℃,对测量结果会带来0.05℃的误差。
2.2测量端未捆扎对测量结果造成的影响
      按照规程规定,检定过程中应先用直径为(0.3~0.5)mm铂丝或铂铑丝将标准热电偶和样品捆扎成束,再将标准偶和样品的测量端用直径为(0.2~0.3)mm的清洁铂丝捆扎(2~3)圈在一起,捆扎时被检热电偶和标准热电偶的测量端应处于同--垂直平面且相互间接触良好,测量端之外的电极不应互相接触。笔者在测量端捆扎和未捆扎,而其它条件不变的情况下进行了实验,得到实验数据见表2。
 
      由实验数据可见,未按照要求进行捆扎时的误差与按照规程捆扎所测得的误差有微小的偏离,最大点甚至偏离了0.4℃。这是由于未捆扎时,很难保证热电偶的测量端完全在检定炉的同一垂直平面,即使有微小的偏离,也会或多或少地带来温差,而这个温差随着检定炉有效温区质量的不同以及检定环境的变化,都会给测量结果带来不同程度的影响。
2.3测量端接线未用单股导线对测量结果造成的影响
      工作用贵金属热电偶检定规程规定,检定时参考端不得使用补偿导线延长,测量连接导线应使用同一卷单芯铜导线,导线的线径可选取0.7mm左右为好。笔者分别用了0.7mm单芯铜导线和1.0mm多芯优质铜导线在其它条件相同的情况下做了实.验,实验数据如表3。
 
      从实验数据来看,在使用单芯铜导线和多芯优质铜导线两种条件下,对测量结果几乎没有影响。在具体的检测中,只要所使用导线的电阻足够小,热电偶测量端产生的电动势在导线上损失的电压降就会很小,以至可以忽略,这样对测量结果就不会造成较大影响。
2.4管式炉两端未用隔热材料密封对测量结果造成的影响
      检定过程中,一般情况下,管式炉的两端应该用隔热材料加以密封以保证温场的均匀性。笔者对管式炉两端密封和未密封两种状态下,不改变其它测量条件,再次进行了实验。获得实验数据见表4。
 
      由实验数据可以看到,在对管式炉两端密封和未加密封两种情况下,检定结果并不存在太大差异。但是在实验过程中,未用隔热材料密封时,检定系统稳定的时间明显加长,而且如果检定室内有空气流动,比如开空调、开门等情况,会对系统的稳定时间产生很大的影响,甚至会使系统长时间内难以稳定,无法进行读数。因此实际检测过程中,在有条件的情况下,尽量用隔热材料密封为好,如果不具备条件,或是隔热材料会对人体健康存在潜在的危害,在满足检定环境要求的温度、湿度前提下,要关好门窗,关闭空调等设施,确保检定室内空气没有相对流动。
3结论
      测量审核结束后,形成测量审核报告,测量审核结果数据见表5。
 
     测量审核结果评价为满意,因此以上实验数据和结论准确可靠,具有一定的参考价值。由此可以得出以下结论:
(1)用一等标准铂铑10-铂热电偶校准s型热电偶时,参考端偏离冰点不能超过规程规定的+0.05℃,否则偏离值会不同程度地附加在测量结果上。
(2)热电偶的测量端未捆扎,即使测量端处在同一垂直平面上,也会对测量结果带来或多或少的影响。
(3)测量端未用单股铜导线,而用质量好、电阻小的多股铜导线,对测量结果几乎没有太大影响。
(4)管式炉的两端未用隔热材料密封,只要保证检定室内空气不流动(关闭门窗、空调等通风设施),除了测量系统恒温时间会相对加长外,对测量结果也几乎没有太大影响。
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