工作用K型热电偶测量结果的不确定度评定

摘要:本文论述了工作用K型热电偶测量结果的不确定度分量来源、分析过程和计算方法.
1概述
1.1测量依据
JJG351--1996<工作用廉金属热电偶》。
1.2环境条件
温度(20±5)℃;
相对湿度(45~75)%RH。
1.3测量标准
(1)CST3006型热工仪表校验仪;
(2)二等标准铂铑10-铂热电偶;
(3)热电偶检定炉。
1.4被测对象
K型II级热电偶。
1.5测量过程
　　将二等标准标准铂铑10-铂热电偶与被测热电偶.的测量端同时插入管式炉,并用耐热材料封堵好，参考端同时插入冰点槽中,待温度稳定后通过标准与被检热电偶的测量值,算出实际温度,然后通过公式计算得出被检热电偶的热电动势e_被(t)。
 
　　式中:e_被(t)一被测热电偶在需测量温度点t的热电动势;e_被(t')-被测热电偶在测量时(温度点t')的热电动势;E_标(t)-标准热电偶证书.上的电动势;e_标(t')一标准热电偶在测量时(温度点t')的热电动势;S_标(t),S_被(t)-标准、被测热电偶在需测量点温度t的微分热.电动势。
3标准不确定度分量的计算
3.1输入量e_被(t')的标准不确定度μ(e_被)的评定
3.1.1测量重复性引起的标准不确定度μ(e被1)
　　μ(e_被1)的评定可通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
　　对被测热电偶在1000℃的点进行10次连续测量。得到测量列为。
 
　　在实际测量中，在重复性条件下连续测量两次以该两次测量算术平均值为测量结果,则可得到标准不确定度为:
 
3.1.2热工校验仪引起的标准不确定度"(e_被2).
　　采用B类方法进行评定。
由校准证书可知U=124μV,k=2
则H(e椒)=(U/2)=64V
估计μ(e_被2)/P(_e被2)=0.10
则自由度V(e_被2)=50
3.1.3热电偶检定炉引起的标准不确定度μ(e被3)
　　采用B类方法进行评定。
　　由校准报告可知温度为1000℃时U=1.3℃,h=2
　　由规程附录6可知S型热电偶在1000℃的微分热电动势为11.54V/℃.
则μ(e_被3)=(U/2)"11.54μ4V/℃=7.504μV
估计△μ(e_被3)/μ(e_被3)=0.10
则自由度U(e_被3)=50
3.1.4多点转换开关寄生电势引起的标准不确定度μ(e_被4)
　　采用B类方法进行评定。
　　由规程可知多点转换开关的寄生电势不大于1μV,
在区间内可认为符合均匀分布，故取a=0.5μV,k=J3。
则μ(e_被4)=a/k=0.29μV
估计△μ(e_被4)/μ(_e被4)=0.10
则自由度V(e_被4)=50
3.1.5热电偶参考端不为0°C引起的标准不确定度μ(e_被5)
采用B类方法进行评定。
　　由规程可知,参考端恒温器内温度为(0±0.1)℃,查表可知K型热电偶在0℃时的微分热电动势为39.45μV/℃。在此区间内可认为符合均匀分布，故取a=39.451μV/CX0.1℃=3.9451V,k=J3
则μ(e_被5)=a/h=2.2814μV
估计△u(e_被5)/μ(e_被5)=0.10
则自由度V(e_被5)=50
3.1.6输入量e被(t')的标准不确定度μ(_e被)的合成
　　输入量e_被(t')的各个不确定度来源均相互独立不.相关，由此可得:
 
3.2输入量E_标(t)的标准不确定度u(E_标)的评定
　　该不确定度来源于二等标准铂铑10-铂热电偶的年不稳定性,采用B类方法进行评定。
　　由标准铂铑10-铂热电偶使用说明书可知,二等标准铂铑10--铂热电偶铜点(1084.62℃)热电势的年变化量不超过104V,在区间内认为符合正态分布，可得a=10μV,k=3.
则μ(E标)=a/k≈3.3314μV
估计△μ(E标)/μ(E标)=0.10
则自由度U(E标)=50
3.3输入量e标(t')的标准不确定度μ(e标)的评定
3.3.1测量重复性引起的标准不确定度u(e标1)
　　μ(e标1)的评定可通过连续测量得到测量列,采用A类方法进行评定。
　　对标准热电偶在1000℃的点进行10次连续测量。得到测量列为:
 
3.2输入量E标(t)的标准不确定度μ(E标)的评定
　　该不确定度来源于二等标准铂铑10-铂热电偶的年不稳定性,采用B类方法进行评定。
　　由标准铂铑10-铂热电偶使用说明书可知,二等标准铂铑10-铂热电偶铜点(1084.62°C)热电势的年变化量不超过10μV,在区间内认为符合正态分布，可得a=10μV,k=3.
则μ(E标)=a/h≈3.33I1/μV
估计△μ(E标)/μ(E标)=0.10
则自由度v(E标)=50
3.3输入量e标(t')的标准不确定度μ(e标)的评定
3.3.1测量重复性引起的标准不确定度μ(e标1)
　　μ(e标1)的评定可通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
　　对标准热电偶在1000℃的点进行10次连续测量。得到测量列为:
 
3.3.2热工校验仪引起的标准不确定度p(e_标2)
采用B方法进行评定。
由校准证书可知U=12V,k=2
则μ(e_标2)=(U/2)=6μV
估计△μ(e_标2)/H(e_标2)=0.10
则自由度Ʋ(e椒)=50
3.3.3热电偶检定炉引起的标准不确定度μ(e_标3)
采用B类方法进行评定。
由校准报告可知温度为1000℃时U=1.3℃,k=2
由规程附录6可知S型热电偶在1000℃的微分热电动势为11.54μV/℃。
则μ(e_标3)=(U/2)*11.54μV/℃=7.501μV
估计△(e_标3)/μ(e_标3)=0.10.
则自由度Ʋ(e_标3)=50
3.3.4多点转换开关寄生电势引起的标准不确定度μ(e_标4)
采用B类方法进行评定。
由规程可知多点转换开关的寄生电势不大于1μV,在区
间内可认为符均匀分布,故取a=05μV,k=√3.
则μ(e_标4)=a/k=029μV
估计△μ(e_标4)/μ(e_标4)=0.10
则自由度Ʋ(e_标4))=50
3.3.5热电偶参考端不为0℃引起的标准不确定度μ(e_标5)
　　采用B类方法进行评定。
　　由规程可知,参考端恒温器内温度为(0±0.1)℃,查
　　可知s型热电偶在0℃时的微分热电动势为
5.40μV/℃。在此区间内可认为符合均匀分布，故取a=
5.40μV/℃×0.1℃=054μV,k=.√3..
则μ(e_标5)=a/k=031μV
估计△(e_标5)/"(e_标5)=0.10
则自由度Ʋ(e_标5)=50
3.3.6输入量e标(t')的标准不确定度p(e标)的合成输入量e标(t')的各个不确定度来源均相互独立不相关由此可得:
 
4合成标准不确定度的评定
4.1灵敏系数
数学模型：
 
4.3合成不确定度的计算
　　输入量e被(t').E标(t)与e标(t')彼此独立不相关,所以合成不确定度可按下式得到:.
 
5扩展不确定度的评定
　　取置信概率p=95%,按有效自由度Ʋeƒƒ=100,查t分布表得到
kp=tp(Ʋ)=t95(100)=1.984
故扩展不确定度U95=tp(U)°μc=71.03IμV
6测量结果报告
　　K型II级热电偶在1000℃时的测量结果扩展不确定度为:
U95=71.0314μVƲeƒƒ=100