工作用贵金属热电偶测量结果不确定度评定

发布时间:2021-07-12     浏览次数:
摘要:影响工作用贵金属热电偶测量不确定度因素很多,通过对工作用贵金属热电偶测量不确定度的分析研究,总结出影响该类计量器具的各类分量,并通过定量计算可以达到区别主要测量不确定度分量及次要测量不确定度分量的目的,在实际校准过程中可以视具体情况进行区别对待。
1前言
  贵金属热电偶的测量在实际工作中比较困难,影响因素较多,如何准确无误地对贵金属热电偶进行测量不确定度分析,使测量结果更加可信,是众多学者--直研究的课题,本文从贵金属热电偶的测量过程开始,逐步分析影响测量贵金属热电偶准确性的各类因素,从而得出贵金属热电偶的测量不确定度,供各位计量工作者参考使用。测量条件如表1所示:
 
2测量过程
  测量方法依据JJGl41-2000《工业用贵金属热电偶检定规程》,用双极比较法进行测量。将一等标准铂铑10-铂热电偶与被校热电偶同时放入热电偶检定炉中待温度稳定后通过测量标准与被校的值,由标准算出实际温度后通过公式计算得出被校的实际值,以确定被校热电偶的示值误差。
3数学模型
  根据测量过程及计算公式确定如下数学模型:选校准点1084.62℃,数学模型如下:
e被=et被+(et标-et标)
式中:et被-被校S型热电偶热电势(mV);
et标-标准热电偶证书中给出的热电势(mV);
et被、et标-被校热电偶和标准热电偶在校准点所测得算术平均值(mV)
(1)实际测量中,根据检定规程以四次测量值作为测量结果
(2)灵敏系数:
 
4测量不确定度的来源分析
4.1输入量et被引入的标准不确定度u(e被)的来源分析:
  输入量et被是被校系统温度误差,其不确定度来源
  主要有:测量重复性、电测设备、参考端温度误差、炉温变化引入的不确定度。
4.2输入量et标引入的标准不确定度u(e标)的来源分析:
  输入量et标是由标准铂铑10.铂热电偶误差引入的
不确定度。
4.3输入量et标引入的标准不确定度u(et标)的来源分析
  输入量et标是由标准铂铑10.铂热电偶的测量重复性、电测设备参考端温度、炉温变化引入的不确定度。
5测量不确定度的分量评定
5.1输入量et被引入的标准不确定度u(e被)的评定:
5.1.1测量重复性引入的不确定度u1(A类分量)
  在校准点稳定条件下对被校热电偶重复10次测量,得到一测量列:单位:mV,如表2:
 
e被=10.5767mV
  在1084.62℃时的热电势为10.5748mV,热电势率为11.8QV/℃
  △t(e被-e分)/S被=0.16℃。则被校温度测量值为:1084.62+0.16=1084.78℃
单次试验标准差:S(ei)==0.0018mV
实际测量以4次(m=4)作为测量结果,则平均实验标准差为:
u1=S(et)/m=0.001mV
换算成温度u1=0.08℃
5.1.2电测设备引入的不确定度u2(B类分量)
  本次测量数字多用表在1084.62℃电动势所用量程(0~100)mV,基本误差为:
±(50ppm*Reading+35ppm*Range);
△e=±(50×10-6×10.57+35X10-6×100)=±0.0040mV
△e为均匀分布,包含因子取k=3,半宽a=0.004mV,因此,测量仪器引入的不确定度为:u2=a/3=0.0023mV。换算成温度u2=0.19℃。
5.1.3参考端温度误差引入的不确定度ur3(B类分量)
  参考端温度采用冰瓶提供,根据使用说明书,冰瓶的最大允许误差为+0.1C按均匀分布,取包含因子k=3,半宽a=0.1C,则冰瓶温度误差引入的不确定度为:
u3=a/3=0.06C。
5.1.4炉温变化引入的不确定度u4(B类分量)
  根据检定规程,热电偶检定炉任意两点间温度波动不大于0.25℃,按均匀分布,取包含因子k=3,半宽a=0.125℃,则炉温温度变化引入的不确定度为:u4=a/3=0.07℃。
5.1.5输入量e被的标准不确定度u(e被)的计算
由于u1、u2、u3和u4相互独立,因此,输入量Ot1引入的标准不确定度计算如下:
 
5.2输入量et标引入的标准不确定度u(et标)的评定:
  一等标准铂铑10.铂热电偶,允许基本误差△t偶=±1℃,按均匀分布,取包含因子k=3,半宽a=1℃,则标准热电偶允许误差引入的不确定度为:
us=a/3=0.58
5.3输入量e标引入的标准不确定度u(e标)的评定:
5.3.1测量重复性引入的不确定度ut(A类分量)
  在校准点稳定的条件下对标准热电偶重复测量10次,得到一测量列如表3:
 
e标=10.5821mV
  标准热电偶在1084.62℃时的热电势为10.5804mV,热电势率为11.80nV/℃。偏离分度值由△t2=(e标一e标)/S标=(10.5821-10.5804)/0.0118=0.14℃。因此校准点真实温度为:1084.62+0.14=1084.76℃。
单次试验标准差为:
 
  实际以四次测量值作为测量结果,则测量重复性引入的标准不确定度为:
u6=S(ei)/m=0.0003mV
换算成温度为:u=0.02℃。
5.3.2电测设备引入的标准不确定度u7(B类分量)
  本次测量数字多用表在1084.62℃电动势所用量程(0~100)mV,基本误差为:+(50ppm*Reading+35ppm*Range);
△e=±(50×10-6×10.57+35×10-6×100)±0.0040mV
△e为均匀分布,包含因子取k=3,半宽a=0.004mV,因此,测量仪器引入的不确定度为:
u7=a/3=0.19℃。
5.3.3参考端温度误差和炉温变化引入的标准不确定度u8、u9(B类分量)
  参考端温度误差和炉温变化引入的标准不确定度参
照被校系统分析,分别为:
u8=a/3=0.06℃
U9=a/3=0.07℃
5.3.4输入量e标的标准不确定度u(et标)的计算
  由于u6、u7、u8和u9相互独立,因此,输入量e标的标准不确定度按下式计算:
 
6. 合成标准不确定度计算
  合成标准不确定度计算
  输入量△t1△t2彼此独立互不相关,所以,合成标准不确定度按下式计算:
ue(e标)=[C1u(et被)]²+[C2u(et标)]+C3u(e标)²=0.66℃
7扩展不确定度计算
  按惯例,取包含因子k=2,扩展不确定度的表达式
为:U=kuc(△t)=0.66×2=1.4℃(k=2)
8测量不确定度报告
  被校热电偶测量结果的不确定度用扩展不确定度表示,其有效位数取2位。
标准值:1084.8℃测量值:1084.8℃,
U=1.4℃(k=2)
9小结
  根据以上评定结论,我们不难发现贵金属热电偶的测量需要从多个方面加以控制,只有把以上各类因素全部监控起来才能到达准确测量贵金属热电偶的目的。
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