工业热电阻自动检测系统测量不确定度评估

摘要:文章介绍了工业热电阻自动检测系统测量不确定度的评估,并得出结论。
1概述
1.1测量依据:依据JJG229-2010《工业铂铜热电阻检定规程》。
1.2测量方法:用比较法将标准铂电阻温度计与被检热电阻同时置于0℃冰点槽或100℃恒温槽中,待温度稳定后,通过测量标准与被检的电阻值,由标准算出实际温度,然后通过公式计算得出被检的实际值R(t)。
1.3测量标准:二等标准铂电阻温度计(0~419.275)℃。
1.4电测设备:热电阻温度计自动检定装置。
1.5被测对象:AA级工业铂热电阻(-50~+250)℃
分度号:Pt100。.
1.6评定结果的使用:
　　在符合.上述条件下的测量结果,一般可直接使用本.不确定度的评定结果。
2.冰点（0℃）不确定度分析
2.1数学模型
 
　　将微小变量用不确定度代替,合成后可得方差
 
2.2灵敏系数
c1=1,c2=1,C3=-1。
2.3标准不确定度分量的来源与计算
2.3.1utri项引入的不确定度分量
(1)检定重复性引入的标准不确定度u1.I
　　在本检定系统中用同一支标准铂电阻温度计和同一支被检AA级铂热电阻作试样检3次,用极差法考核其重复性,经实验得出最大差值为3mΩ以内。通道间偏差以阻值计时不应大于2mΩ,加上通道间差异,重复性为5mΩ,即0.0139℃,则u1.1=0.013+1.69=0.00779℃
(2)冰点器(恒温槽)温场不均匀性引人的不确定度u1.2
0℃:根据经验数据,冰点混合物由于杂质含量等原因，0℃的偏差为+0.01C,取均匀分布,半宽度a=0.01℃,故:
 
(3)由电测仪器测量被检所引人的不确定度分量u1.3
　　本系统用的为精度高7位半多用表2010
0℃测量时,被检电阻应该在100Ω左右,,此时数字表精度位:
100x10^-7x读数+40x10^-7x量程
电测仪器引人误差半宽为
100x10^-7x100+40x10^-7x100=0.0014Ω
用温度表示:半宽a=0.0036℃
服从均匀分布,即
 
(4)由被检的自热效应所引人的不确定度分量u1.4
　　根据实验经验,0℃与100℃自热效应估算比较相近，以半区间估计为
2mΩ约等于5mk,可看作两点分布,所以
u1.4=5/1=5mK=0.005℃.
 
2.3.2utr0项引人的不确定度分量u2
　　依据JJC160-2007检定规程,二等铂电阻温度计的R*tp值在水三相点多次分度之差不允许超过5.0mK,服从均匀分布,得:
 
2.3.3utri*引人的标准不确定度u3.1
(1)电测仪器测标准引人的标准不确定度u3.1
　　由于要求用同一设备测量标准的R*tp与Rt*,用W=R*t;/R*tp来计算温度,因此而且R*tp与R*t相关,所以计算结果得此项不确定度约等于0.001mK,与其他分量相比，可以忽略不计。
(2)标准铂电阻温度计的自热影响引人的标准不确定度u3.2
　　依据JJG160-2007检定规程,二等铂电阻温度计的自热效应不得超过4mK,服从均匀分布
 
因此u3=0.0012℃
2.4.0℃点标准不确定度一览表
 
2.5合成不确定度
 
2.6扩展不确定度
　　取置信因子k=2时,得扩展不确定度:U=kuc
0℃:U=2x0.011=0.022℃
3.100℃点不确定度分析
3.1数学模型
 
式中:R(100)-被检热电阻在100℃点的测得值,Ω;
Rb一被检热电阻在100℃点附近的测得值,Ω;
R*b一标准器的测得值,Ω;
W*100一标准器证书上的比值;
W*b一标准器在100%点测得的阻值R*b与同一电，测实测得的R*tp值之比;
R*tp一检定时用系统所配电测仪器实测得标准器的水三相点值,Ω。
3.2灵敏系数
c1=1,c2=-97.93
3.3.Rb引入的不确定度分量u1
3.3.1测量重复性
　　在本检定系统中用同一支标准铂电阻温度计和同一支被检AA级铂热电作试样检3次,用极差法考核其重复性,经实验最大差值为7mQ以内。通道间偏差以阻值计时不应大于2mΩ,加上通道间差异,重复性为9mΩ,即0.024℃,则
u1.1=0.024+1.69=0.014℃
3.3.2温场均匀性的影响u1.2
(1)恒温槽水平均匀性的影响
　　恒温槽水平均匀性为0.01℃,以标准器所在孔位为基点,以半区间等概率分布计人,则有
 
(2)温场的变化波动影响
　　根据本系统热电阻的温特性为0.04℃/10min,以测量时间为5min变化计为0.02℃,以标准器为基点在被检项上有半区间、均匀分布的不确定,即
 
3.3.3电测设备测被检引入的不确定度分量u1.3
　　此时被检电阻阻值应在138.51Ω附近，数字表用1KN档,所以有
100x10^-7x138.51+1000x10^-7x10=0.0023850
用温度表示:半宽a=0.0064℃
服从均匀分布即u1.3=0.0064+√3=0.0037℃
3.3.4被测的自热效应影响u1.4
　　在沸点由于温度较高,根据试验观察，外部热效应影响较小,但被检的阻值较大,内部热效应有一定程度的增大,故仍可按0℃点的估算
u1.4=5/1=5mK=0.005℃
 
3.4.W*b引人的不确定度u2
　　该项是检定时对标准器在检定点b.上的测量所包含的不确定度来源。
3.4.1电测仪器测标准的Rb时引人的不确定度分量u2.1
　　因为此时电测设备仍用100Ω档,由于要求用同一设备测量标准的R*tp与R*t,用W=Rt*/Rtp*来计算温度,因此Rtp*与R*t;相关,对W=R*t/R*tp全微分,有
 
3.4.2标准器R*tp检定过程的变化引人的不确定度u2.2
　　检定工业铂热电阻过程并不要求每次测量完后即检水三相点值。所以该变化的影响将直接带人计算结果中。该变量以合格的标准器在检定过程中的允许变化量5mK计,换算成W值即1.995x10^-5以半区间计人,均匀分布,则
 
3.5直接引人W*100计算引起的不确定度分量u3
　　根据我国中温量传系统颁布数据,二等标准器的W*100的变化转换为温度值不超过3.6mK
 
3.6.100℃点标准不确定一览表
 
3.8扩展不确定度
　　取置信因子k=2时,得扩展不确定度:U=kuc
100℃:U=2x0.017=0.034℃
4对使用二等标准铂电阻温度计标准装置校准AA级
　　工业铂热电阻温度计的测量不确定度评估依据JJC229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》规定,需校准0℃、100℃共2个点。其测量不确定度见表3:
 
5校准和测量能力(CMC)
　　AA级工业铂热电阻温度计是使用二等标准铂电阻温度计可校准的校工业铂热电阻温度计,因此该项目的CMC为:
09℃,U=0.022℃;100℃，U=0.034℃