智能數字測溫儀表測量電弧爐鋼水出鋼溫度的不確定度評定

易青

【摘 要】通過闡述智能數字測溫儀表測量電弧爐鋼水出鋼溫度不確定度評定的方法，分析與計算并由測溫系統中的重復性、儀表的分辨率與熱電偶進行不確定度“方差”合成；對測量結果給出的被測量估計值的可能誤差的程度，即表征被測量的真值所處范圍得擴展不確定度在1610℃時的測溫系統約為5℃；是熱處理工藝在此測溫點的誤差要求±10℃的1/2；即此測溫系統滿足測量電弧爐出鋼溫度的技術要求。

【關鍵詞】測溫儀表 分辨率 測溫系統 標準偏差 不確定度 熱電偶 溫度

1 概述

在煉鋼過程中，鋼水出鋼溫度的測量誤差對鑄件的質量影響很大，如果因測量溫度的不準確，導致溫度的偏高或偏低，使得鑄件產生缺陷，導致質量問題。在測溫系統中，測溫儀起著關鍵的作用，對其進行不確定度評定，以判斷該測溫系統是否合格。

2 不確定度的評定

2.1方法采用直接測量法

儀器：SY-903智能數字測溫儀準確度等級為0.5級，工藝要求測量出鋼溫度1610℃時，誤差為±10℃；分辨率1℃，配B型快速熱電偶。

環境：0～50℃

方法：（1）熱工計量設備操作規范。（2）熱加工測定程序。（3）電弧爐氧化法煉鋼工藝。

2.2數學模型

t=td-ts 式中： t——儀表的示值誤差

td——電弧爐的鋼水檢測點測溫儀的顯示溫度

ts——標準器mV值對應的檢測點溫度值

2.3輸入量u（td）標準不確定度的評定

輸入量u（td）的不確定度來源主要有三個部分：測量的重復性和儀表的分辨率，B型快速 熱電偶的誤差。

2.3.1測量重復性導致的不確定度u（td1）

u（td1）采用“示值基準法”（按A類方法評定） ，用sy-903測量儀在1610℃點得到一個測量列1610℃、1610℃、1609℃ 、1610℃ 1610℃ 1611℃、1610、1609、1610、1609平均值為：

= =

=1609.8℃

單次實驗標準偏差為：s = =0.632℃

任選3臺同類型儀表分別在1610℃進行重復性條件下的連續10次測量，共得到3組測量列。

經計算得單次實驗標準偏差如下表

測量點 1610（℃）

S （℃）

0.632

0.633

0.631

則合并樣本標準偏差 S = ≈ 0.632 （℃ ） （m=3，j=1～3）

可用S 代替同類儀表的實驗標準偏差。

實際測量是在重復性條件下連續測量3次以3次測量的平均值作為測量結果可得：

u（td1）= ≈0.365（℃ ）

2.3.2 儀表的分辨率u（td2）的不確定度

按B，類方法評定；由儀表分辨率b導致的示值誤差區間半寬為a=b/2；包含因子k= ，分辨率為1℃的儀表u（td2）=0.5/k=0.5/ =0.29℃；

2.3.3測量用熱電偶引起的不確定度

（td3）=2.5℃（查相關熱電偶技術資料） 補償導線修正值（熱電偶用B型補償導線引起的不確定度（td4）在20℃的誤差非常小，可忽略不計）。

2.4輸入量u（ts）標準不確定度的評定

u 直流電位差計的不確定度主要來源標準器的示值誤差。溫度、濕度和連接導線的影響、

可忽略不計。在16110℃時的誤差：u（ts）=u（1610℃）=11.374×0.05﹪÷0.012≈0.47（℃）

2.5合成標準不確定度的評定

靈敏系數：靈敏系數C = =1 ， C = =-1，

2.5.1不確定度匯總表如下

標準不確定度分量u（x ）

不確定度來源

標準不確定度

C

U（td1） 測量重復性 0.365℃（b=1） 1

U（td2） 儀表分辨率 0.29℃（b=1） 1

U（td3） 快速熱電偶誤差 2.5℃ 1

u（ts） U 示值誤差

0.47℃ -1

2.5.2合成標準不確定度的計算

輸入量t（d1）、t（d2）、t（d3）、t（s）相互彼此獨立，所以合成不確定度可按下式計算

u（td）= =2.543（℃）

u（ ）= =2.586（℃）

2.6 擴展不確定度

誤差按正態分布所以k=2

U（ t ）=k ·u（ ）=2×2.586≈5.172（℃）≈5℃

3 結語

配B型熱電偶，分度值為1℃的智能數字測溫儀及所在系統，在1610℃的擴展不確定度約等于5℃；是1610℃的工藝溫度誤差要求（±10℃）的1/2，滿足技術文件要求。

參考文獻：

[1]國家計量檢定規程JJG617-1996數字溫度指示調節儀.中國計量出版社出版，1997（4）.

[2]施昌彥 主審.宣安東 主編.《實用測量不確定度評定及案例》（下冊）.中國計量出版社，2007（8）.

[3]東北國家計量測試中心組編.《建立計量標準技術報告100例》.中國經濟出版社，1989（6）.