热电偶测量结果不确定度评定

热电偶测量结果不确定度评定

冯建成

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：为了检验热电偶校准数据的准确性，对热电偶校准过程中的影响因素进行分析，评定各影响因素分量的标准不确定度，得出校准结果的扩展不确定度。

关键词：热电偶 测量 不确定度

1.校准方法

采用比较法中的双极法，在管式炉中放置金属均温块，将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准偶）套上陶瓷保护管与铠装偶，分别插入金属均温块中进行比较，测量标准热电偶和被校铠装偶的热电动势值。

2.数学模型

因
被校铠装热电偶自带引出线和连接电测设备铜线一起放入零度恒温器进行校准，未使用补偿导线所以补偿导线引起的误差和不确定度分量不予考虑。分度时，被校铠装偶在某点上的热电动势采用下式计算：

式中： ―被校铠装热电偶在某校准温度点附近，测得的热电动势算数平均值，mV；

―标准热电偶证书上某校准温度点的热电动势值，mV；

―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，mV；

―标准热电偶在某校准温度点的微分热电动势，μV/℃；

―被校热电偶在某校准温度点的微分热电动势，μV/℃；

e补―补偿导线修正值，mV。

3.合成方差和灵敏系数

式中：

4. 输入量 的不确定度评定：

输入量 的标准不确定度 的不确定度来源于被校热电偶重复性测量、电测设备测量误差、检定炉内均温块径向温场分布不均、炉温的波动、转换开关接触电势、参考端温度不等于0℃等。

4.1被校热电偶重复性测量带来的不确定度 的评定：

用标准热电偶对被校热电偶（K型）在400℃和600℃分别进行6组独立重复测量，测量值是每一组校准记录4次数据的平均值。测量结果见表4-1，按A类方法评定，服从正太分布。

表4-1

平均值的标准不确定度：

400℃时： ≈0.78μV

600℃时： ≈1.60μV

4.2电测设备测量误差引入的不确定度 的评定：

校准用数字表为KEITHLEY2010，使用量程为100mV,它的测量值的误差按一年内的准确度得到，为±（37×10^-6读数+9×10^-6量程），400℃时读数取16.465mV，保留一位小数为16.5mV，量程100mV，误差Δ₄₀₀=±（37×10^-6×16.5mV+9×10^-6×100mV）=±1.510μV，半宽为1.510μV；600℃时读数取25.007mV，保留一位小数为25.0mV，量程100mV，误差Δ₆₀₀=±（37×10^-6×16.5mV+9×10^-6×100mV）=±1.825μV，半宽为1.825μV。按均匀分布考虑，包含因子 ,则标准不确定度为

400℃时： ≈0.87μV

600℃时： ≈1.07μV

4.3检定炉内均温块径向温场分布不均引入的不确定度 的评定：

校准时，由于炉内放置的金属均温块径向温场分布不均匀，经测试最大差值为0.18℃，换算成热电势值为7.603μV，取半宽为3.80μV。按均匀分布考虑，包含因子 ,则标准不确定度为

≈2.19μV

4.4炉温的波动引入的不确定度 的评定：

每一组独立测量时，400℃时由标准热电偶测得温场实际变化最大不超过0.5μV，以微分热电势9.57μV/℃计算（相当于0.052℃），再以微分电势42.24μV/℃计算其带来的最大误差为2.20μV，取半宽为1.10μV；600℃时由标准热电偶测得温场实际变化最大不超过1.0μV，以微分热电势10.21μV/℃计算（相当于0.098℃），再以微分电势42.51μV/℃计算其带来的最大误差为4.16μV，取半宽为2.08μV；按均匀分布考虑，包含因子

,则标准不确定度为

400℃时： ≈0.64μV

600℃时： ≈1.20μV

4.5转换开关接触电势引入的不确定度 的评定：

　　由证书可得 =0.05μV;

4.6参考端温度不等于0℃引入的不确定度 的评定：

由证书可得 =0.015℃;

换算成热电势 ≈0.59μV;

因此， 的标准不确定度 合成为

400℃时： ≈2.63μV

600℃时： ≈3.21μV

5 输入量 带来的不确定度 的评定：

根据JJG2003-1987热电偶检定系统，标准热电偶总不确定度为0.6℃（k=2），则

　　400℃时： ≈2.87μV

　　 600℃时： ≈3.06μV

6 输入量 带来的不确定度 的评定：

标准热电偶在400℃和600℃分别进行6组独立重复测量，测量值是每一组校准记录4次数据的平均值。测量结果见表6-1，按A类方法评定，服从正太分布。

平均值的标准不确定度：

400℃时： ≈0.40μV;

600℃时： ≈1.14μV;

表6-1

7 标准不确定度分量汇总见表7-1

表7-1

8 合成标准不确定度

　　400℃时，u_c≈13.06μV;

　　600℃时，u_c≈14.77μV;

9 扩展不确定度

400℃时，U=k×u_c=2×13.06=26.12μV，k=2;

换算成温度U≈0.6℃，k=2;

600℃时，U=k×u_c=2×14.77=29.54μV，k=2;

换算成温度U≈0.7℃，k=2;

10 结语

通过上述分析可知对测量结果不确定度，利用不确定度对示值误差进行符合性评定，对现场测量结果具有指导意义。

参考文献：

1. JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示

2．JJF1262-2010 铠装热电偶校准规范

3．JJF1637-2017 廉金属热电偶校准规范

－8－