工业热电偶测量结果的不确定度分析

摘要;介绍了工作用廉金属热电偶测量方法,并且对测量结果进行了不确定度评定,评价了影响测量结果的因索。
0引言
　　工作用廉金属热电偶是一种广泛应用于工业,农业，科研等部门的重要温度计量仪器。其检定装置由标准热电偶、数字多用表、热电偶检定炉、冰点恒温器、自动扫描开关、控温装置及计算机综合控制系统组成。本文依据JJC351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中的方法和要求,评定了工作用廉金属热电偶检定装置和仪器示值误差检定结果的不确定度。
1检定装置的构成及原理
　　整套装置由标准热电偶、数字多用表、热电偶检定.炉、冰点恒温器、自动扫描开关、控温装置及计算机综合控制系统组成。其原理是将标准与被检热电偶捆扎成一束,使其工作端对齐,置于检定炉最高温度位置,参考端置于冰点恒温器中,用同材质的导线将各热电偶与自动扫描开关连接。给控温装置设定-.检定点温度,在控温装置的控制下使炉温稳定在给定的检定点附近,此时通过自动扫描开关及数字多用表就可以读出各热电偶所测量的炉温。被检热电偶与标准热电偶所测炉温的差即为被检热电偶的误差。
2检定装置不确定度评定
　　依据JJC351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程,采用双极法,用一等标准铂铑10-铂热电偶检定一支K型热电偶,检定点选取1000℃。
2.1数学模型
　　根据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中的计算公式:
 
式中:eb---被检热电偶在检定点的热电势;
e'b---被检热电偶在检定点所测得的热电势;
Es---标准热电偶在检定点的证书值;
es---标准热电偶在检定点所测得的热电势;
SB---标准热电偶在检定点的微分电动势;
Sb---被检热电偶在检定点的微分电动势。方差和灵敏系数:
 
2.2不确定度分量的分析
　　被检热电偶在检定点的标准不确定度(ub)分析。
2.2.1标准与被检热电偶的测量端所处位置的不--致可能带来的测量不确定度Oe测
　　规程要求热电偶检定炉工作区域最大温差不应超过1℃,在1000℃带来41μV的不确定度,属于均匀分布,故k=√3,△e测=41√3=23.672μV,估计其可靠程度为80%,自由度为12。
2.2.2标准与被检热电偶的参考端所处位置的不一致可能带来的测量不确定度△e参
　　规程要求热电偶检参考端处于冰点恒温器中,而冰点恒温器工作区域不会超过0.1℃,带来4.1μV的不确定度,属于均匀分布,故k=3,Deg=4.1√3=2.3672μV,估计其可靠程度为90%,自由度为50。
2.2.3被检热电偶多次测量的不重复性可能带来的测量不确定度△e重
　　在重复条件下对所分析的K型热电偶在1000℃检定10次数据如下(mV):41.324,41.322,41.322,41.325,41.320,41.325,41.320,41.322,41.323,41.325,e=41.3228mV,
 
自由度为9。
2.2.4测量回路的寄生热电势可能带来的测量不确定度△e回
　　测量回路的寄生热电势以及自动扫描开关的寄生电势不会大于1μV,属于均匀分布,故k=√3,△e测=1√3=0.58μV估计其可靠程度为90%,自由度为50。
2.2.5数字多用表测量的不确定度Oe数
　　数字多用表在50mV的测量误差为,属于均匀分布，故k=3,△e测=6/√3=3.464μV估计其可靠程度为90%，自由度为50。.
将以上5项合成
 
3标准热电偶在检定点的标准不确定度(up)分析
3.1标准与被检热电偶的测量端、参考端所处位置的不一致可能带来的测量不确定度,测量回路的寄生热电势可能带来的测量不确定度已在2.1中分析,此处不再重复考虑。
3.2标准热电偶随时间的不稳定(即标准偶在检定点的证书值可能带来的测量不确定度△e时)规程要求一等标准铂铑10-铂热电偶的年稳定性5μV,属于均匀分布,故k=√3,分别为5/√3=2.887和10/√3=5.774
使用一等偶时
△e测=5/√3=2.887μV;
使用二等偶时
△e测=5√3=5.774μV,估计其可靠程度为90%,自由度为50。
3.3数字多用表测量的不确定度△e数
　　数字多用表在10mV的测量误差为,属于均匀分布,故k=3,△e测=4.5/√3=2.598μV,估计其可靠程度为90%,自由度为50。
将以上2项合成.
使用一-等偶时
 
取整为20。
4扩展不确定度
取估计值的置信概率95%。
Veff=20,则k95=t95(Veff)=2.09。
使用一等偶时
U95=2.09x0.705=1.47℃k95=2.09
使用二等偶时
U95=2.09x0.827=1.72℃k95=2.09
用本所一等标准铂铑10-铂热电偶检定一支工作用K型热电偶(II级)检定结果如下:
检定点1000℃;E=41.323mV
修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09
5结论
　　综上所述，依据JJC351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中的方法和要求,评定出的热电偶检定装置的扩展不确定度为检定点1000℃;E=41.323mV修正值-1.2℃;U95=1.47℃;k95=2.09。