熱電偶自動檢定系統(tǒng)測量結(jié)果不確定分析

陳躍飛 陳 剛 陳 龍 蔡 玨

熱電偶自動檢定系統(tǒng)測量結(jié)果不確定分析

陳躍飛 陳 剛 陳 龍 蔡 玨

熱電偶是我國溫度測量中常用傳感器，DTZ群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)是確保熱電偶符合我所試驗需要的重要設備。本文依據(jù)JJG 351-1996《工作用廉金屬熱電偶》對Ⅰ級K型熱電偶進行檢定，分析了使用群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)的誤差來源， 并對各個誤差的不確定度進行了評定，指導使用者更好的使用該系統(tǒng)。

DTZ群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)是由一等標準鉑銠10-鉑熱電偶、臥式檢定爐、低電勢掃描開關、零度恒溫設備、精密控溫裝置、數(shù)字電壓表、計算機以及打印機等設備組成。本文按照JJG 351-1996《工作用廉金屬熱電偶》規(guī)程規(guī)定的測量程序，采用雙極比較法對Ⅰ級K型熱電偶進行檢定，并通過數(shù)學模型的推導，對測量結(jié)果的不確定度進行了評定，確定影響測試結(jié)果的主要因素，以利于更好地指導檢定工作，使檢定結(jié)果更具可信性。

數(shù)學模型

根據(jù)規(guī)程，檢定點測量結(jié)果的數(shù)學模型為

靈敏系數(shù)為

式中：E被（t）為被檢K型偶在檢定點上的熱電勢值，為被檢K型偶測得的熱電勢算術平均值，為標準偶證書在檢定點上給出的熱電勢值，為檢定時標準偶測得的熱電勢算術平均值，為表示標準偶在檢定點上的微分熱電動勢，為表示被檢K型偶在檢定點上的微分熱電動勢，μV/℃。

不確定度評定

按A類不確定度，在400℃穩(wěn)定條件下對被檢熱電偶重復測量10次，數(shù)據(jù)為16.423mV、16.432mV、16.425mV、16.428mV、16.430mV、16.424mV、16.425mV、16.430mV、16.433mV、16.423mV，根據(jù)貝塞爾公式得到平均值的實驗標準偏差，則測量重復性帶來的不確定度為

本系統(tǒng)使用的數(shù)字表為吉時利2182A納伏表，允許基本誤差：±（30×10-6×讀數(shù)+4×10-6×量程）（100mV檔），區(qū)間半寬度a為（30×10-6×讀數(shù)+4×10-6×量程），認為均勻分布，K型熱電偶的熱電勢為16.397mV，則

根據(jù)JJF 1184-2007《熱電偶檢定爐溫度場測試技術規(guī)范》要求，廉金屬熱電偶檢定爐均勻溫場長度為60mm，在均勻溫場內(nèi)任意兩點溫差不超過1℃，其半寬度為0.5℃，認為均勻分布，，400℃時K型熱電偶的微分熱電勢為42.241μV/℃，則

該系統(tǒng)檢定爐恒溫特性指標為0.5℃/6min，當群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)恒溫性能達到指標時，開始數(shù)據(jù)采集，采集過程中爐溫變化不超過0.1℃/min，采集完全部熱電偶4次讀數(shù)的時間不超過4分鐘，即爐溫變極端化為0.4℃，即半寬度為0.2℃，認為按反正弦分布，

熱電偶參考端（0℃）用冰點器，本實驗用冰水混合物作冷端恒溫按經(jīng)驗其偏差值不大于0.2℃，半?yún)^(qū)間為0.1℃，按均勻分布，400℃時K型熱電偶的微分熱電勢為39.45μV/℃，則

轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢允許誤差為±0.2μV，半?yún)^(qū)間為0.2μV，按均勻分布，

E證（t）帶來的不確定度u（E證）的評定

E證（t）帶來的不確定度u（E證）主要為是一等標準S熱電偶傳遞的不確定度和一等標準S偶的年穩(wěn)定性。

一等標準S偶傳遞帶來的不確定度u（E證1）

依據(jù)國家檢定系統(tǒng)表，一等標準S偶傳遞的不確定度為0.6℃，按正態(tài)分布，取，400℃時S型熱電偶的微分熱電勢為9.568μV/℃，則：

一等標準S偶年穩(wěn)定性以銅點的熱電動勢變化決定，合格期內(nèi)的一等標準鉑銠10-鉑熱電偶在銅點的熱電動勢變化不大于 5μV，半?yún)^(qū)間為2.5μV，均勻分布，

按A類不確定度，在400℃穩(wěn)定條件下對標準熱電偶重復測量10次，數(shù)據(jù)為3.226mV、3.231mV、3.228mV、3.230mV、3.229mV、3.231mV、3.232mV、3.228mV、3.227mV、3.230mV，根據(jù)貝塞爾公式得到平均值的實驗標準偏差，則測量重復性帶來的不確定度為：

本系統(tǒng)使用的數(shù)字表為吉時利2182A納伏表，允許基本誤差：±（30×10-6×讀數(shù)+4×10-6×量程）（100mV檔），區(qū)間半寬度a為（30×10-6×讀數(shù)+4×10-6×量程），認為均勻分布，400℃時S型熱電偶的熱電勢為3.259mV，則

根據(jù)JJF 1184-2007《熱電偶檢定爐溫度場測試技術規(guī)范》要求，廉金屬熱電偶檢定爐均勻溫場長度為60mm，在均勻溫場內(nèi)任意兩點溫差不超過1℃，其半寬度為0.5℃，認為均勻分布，400℃時S型熱電偶的微分熱電勢為9.568μV/℃，則

該系統(tǒng)檢定爐恒溫特性指標為0.5℃/6min，當群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)恒溫性能達到指標時，開始數(shù)據(jù)采集，采集過程中爐溫變化不超過0.1℃/min，采集完全部熱電偶4次讀數(shù)的時間不超過4min，即爐溫變極端化為0.4℃，即半寬度為0.2℃，認為按反正弦分布，

熱電偶參考端（0℃）用冰點器，本實驗用冰水混合物作冷端恒溫按經(jīng)驗其偏差值不大于0.2℃，半?yún)^(qū)間為0.1℃，按均勻分布，0℃時S型熱電偶的微分熱電勢為5.403μV/℃，則

轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢帶來的不確定度

轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢允許誤差為±0.2μV，半?yún)^(qū)間為0.2μV，按均勻分布，

合成不確定度

以400℃檢定點為例，靈敏系數(shù)為

擴展不確定度

同理，用上述方法可以得到其他不同整百度點的擴展不確定度。

測量結(jié)果與結(jié)論

該被檢熱電偶在400℃檢定點測量結(jié)果為400.4℃，擴展不確定度為

經(jīng)過上述不確定度的評定，得到對該系統(tǒng)不確定度貢獻較大幾個因素。因此，為了更好的使用該系統(tǒng)進行檢定，檢定爐和標準偶要納入周期管理，定期檢定，此外標準偶還應按照相關規(guī)程進行期間核查。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.003