镍铬-镍硅热电偶测量误差的不确定度评定

发布时间:2021-10-12     浏览次数:
摘要:本文依据《测量不确定度的评定与表示》.JJF1637-2017《康金属热电偶校准规范》等有关技术文件对镍铬-镍硅热电偶的不确定度进行了评定。计量标准采用的是一等标准铂铑10-铂热电偶,按规范要求做了重复性实验,获得了有效的测量数据,计算出了测量重复性引入的标准不确定度,并把整个测量过程中能够引入不确定度的各个因素进行了一-分析,最后计算出合成不确定度,进而给出了扩展不确定度。
1概述
①测量依据:JF1637-2017<廉金属热电偶校准规范》。
②被测对象:镍铬-镍硅热电偶,测量范围(300-1100)℃。
③测量标准:一等标准铂铑10-铂热电偶,测量范围:(0~1300)℃。
④测量方法:校准镍铬-镍硅热电偶用-等标准铂铑10-铂热电偶作为测量标准,采用双极比较法进行测量,将标准铂铑10-铂热电偶与被校准镍铬-镍硅热电偶按要求捆扎成束,置于检定炉中的均温块里。选取测量温度点,按JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》技术要求进行测量。
2测量模型
 
  式中:e被(t)一被校热电偶在某校准温度点的热电动势,单位:mV;
`e被一一被校热电偶在某校准温度点附近,测得的热电动势算数平均值,单位:mV;
e标证一一标准热电偶证书上某校准温度点的热电动势值,单位:mV;
`e标一一标准热电偶在某校准温度点附近,测得的热电动势算数平均值,单位:mV;
S标S被一一分别为标准热电偶、被校热电偶在某校.准温度点的微分热电势,单位:μVPC;
e补一一补偿导线修正值,单位:mV。
3不确定度传播公式
  测量模型中各个输入量引入的测量不确定度相互独.立,互不干涉,根据不确定度传播率:
 
4标准不确定度评定
  被校热电偶输入量`e被引入的标准不确定度u(`e被),其来源有被校热电偶的重复性,电测仪器测量误差、炉内金属均温块径向温场的不均匀性、炉温的波动、转换开关接触电势、参考端温度不等于0℃、补偿导线;
  标准热电偶引入的不确定度,其来源有整百摄氏度点e标准和输入量`e标重复性测量等。
4.1被校热电偶重复测量引入的标准不确定度分量U1,用A类方法进行评定
  对被检镍铬-镍硅热电偶在重复性条件下在400℃、600℃、800℃点分别进行测量10次,测得数据见表1。
 
  由测得数据计算实验标准偏差,按下列公式计算:
 
s(400℃)=0.0037mV;
s(600℃)=0.0050mV;
s(800℃)=0.0027mV。
  规程要求每一个测量点需要测量4次,取算术平均值作为测量结果,所以:
U1(400℃)=0.0037mV/V4=1.85μV;
U1(600℃)=0.0050mV/V4=2.50μV;
U1(800℃)=0.0027mV/V4=1.35μV。.
4.2数字多用表示值误差引入的标准不确定度分量.u2,用B类方法进行评定
  查数字多用表校准证书可知,数字多用表在(0~100).mV范围内最大误差为0.0003mV(此处我们没有采用数字多用表中的引用误差概念,实际上其引入的不确定度很小,可以忽略不计。)
考虑其按均匀分k=V3布,则:
u2=0.0003mV√3=0.17μV
4.3金属均温块径向温场不均匀引入的标准不确定.度u3,用B类方法进行评定
  校准时,由于炉内放置的金属均温块径向温场不均匀,经测试最大差值为0.2℃,换算成热电势值为8.45μV。按均匀分布考虑,包含因子k=√3,取半宽为4.22μV。则,标准不确定度为:
U3=4.22μuV/√3=2.44μV
4.4炉温波动引入的标准不确定度u,用B类方法进行评定
  测量时,标准热电偶测得温场实际变化不超过1.0μV,以微分电势9.567μV/℃计算(相当于0.10℃),再以微分电势42.24μV/℃计算,带来的误差为4.22μV。按均匀分布考虑,包含因子k=V3,取半宽为2.11μV。则标准不确定度为:
U4=2.11/√3=1.22μV
4.5低电势扫描开关引入的标准不确定度分量u5,用B类方法进行评定
  低电势扫描开关各路之间最大寄生电势之差不大于0.5μV。按均匀分布考虑,包含因子k=√3,半宽为0.5μV。则标准不确定度为:
U5=0.5/√3=0.29μV
4.6参考端温差引入的标准不确定度u6用B类方法进行评定
  经测量参考端不为0℃,误差为0.05℃,以微分电势39.45μV/℃计算,换算成热电势值为1.97μV。按均匀分布考虑,包含因子k=√3,半宽为0.5μV。则标准不确定度为:
U6=1.97/√3=1.14μV
  由于输入量u1、u2、u3、u4、u4、u5、u6彼此之间相互独立,则:
 
4.7标准热电偶整百摄氏度e标证引入的标准不确定度,用B类方法进行评定
  经查,标准热电偶最大允差为15μV,按均匀分布考虑,包含因子k=√3,半宽为7.5μV。则标准不确定度为:
u(e标证)=7.5√3=433μV
4.8标准热电偶输入量`e标引入的标准不确定度,用.A类方法进行评定
  输入量`e标的标准不确定度u(`e标),标准偏差Sp2为:
 
  实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果,故
u(`e标)=2√4=1μV
4.9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+0.2℃(±8.45μV),按均匀分布考虑,包含因子k=√3,半宽为7.5μV。则标准不确定度为:
u(e补)=8.45√3=4.88μV
4.10标准不确定度分量列表
 
5合成标准不确定度
 
6扩展不确定度的评定
取k=2,测量点为:
400℃时:U(400℃)=kuc(400)=41μV(相当于1.0℃);
600℃时:U(600℃)=kuc(600)=41μV(相当于1.0℃);
800℃时:U(800℃)=kuc(800)=41μV(相当于1.0℃)。
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