一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶測(cè)量結(jié)果的不確定度

摘要:介紹了建立用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)組檢定鉑銠10_鉑熱電偶的數(shù)字模型,并分析了一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶在三個(gè)固定點(diǎn)測(cè)量過(guò)程中的不確定度來(lái)源,并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定評(píng)定,。
1測(cè)量原理
　　熱電偶是利用熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之間具有的一定函數(shù)關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量的,函數(shù)式為:
EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)
當(dāng)t0=0℃時(shí):EAB(t,t0)=EAB(t)+常數(shù)
　　由此可知，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)大小和方向只與兩種金屬材料的特性和工作端溫度有關(guān),而與熱電極的粗細(xì)無(wú)關(guān),當(dāng)工作端溫度變化時(shí),熱電動(dòng)勢(shì)也隨著變化,利用這種關(guān)系即可測(cè)量出溫度,。
測(cè)量結(jié)果的計(jì)算公式:E被(t)=E標(biāo)證(t)+△e(t)
　　式中:E被(t)-被檢熱電偶在固定點(diǎn)上的熱電動(dòng)勢(shì)值,mV;E標(biāo)證(t)一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)中固定點(diǎn)上的熱電動(dòng)勢(shì)值,mV;△e(t)-分度時(shí)測(cè)得的被檢和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)平均值的差值,mV,。
2數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)JJG75-1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》檢定規(guī)程,用同名極法分度時(shí)，被檢熱電偶在各固定點(diǎn)上的熱電動(dòng)勢(shì)采用下式計(jì)算:△e(t)=`E數(shù)(t)-`E整(t)
數(shù)學(xué)模型:D=Y1-Y2
靈敏系數(shù):c1=1C2=1
知:u²₂(xi)=c1u²₁+c2u²₂經(jīng)
3測(cè)量不確定度來(lái)源
(1)熱電偶的復(fù)現(xiàn)性及分散性帶來(lái)的不確定度;
(2)熱電偶的年穩(wěn)定度帶來(lái)的不確定度;
(3)標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)的不確定度;
(4)電測(cè)設(shè)備在測(cè)量時(shí)帶來(lái)的不確定度;
(5)分度過(guò)程中熱電偶參考端帶來(lái)的不確定度;
(6)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)寄生電勢(shì)帶來(lái)的不確定度;
(7)標(biāo)準(zhǔn)器及被檢熱電偶的不均勻性帶來(lái)的不確定度。
3.1熱電偶的復(fù)現(xiàn)性及分散性帶來(lái)的不確定度
　　測(cè)量中的不確定度包含了熱電偶的短期復(fù)現(xiàn)性和熱電偶分度爐溫場(chǎng)不均勻帶來(lái)影響及熱電偶冷端的變化等因素的共同作用使得多次測(cè)量具有分散性?，F(xiàn)以各個(gè)固定點(diǎn)的短期復(fù)現(xiàn)性作為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度,。
　　一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶通常用兩支標(biāo)準(zhǔn)組熱電偶進(jìn)行兩次銅點(diǎn)重復(fù)測(cè)量,每支測(cè)量次數(shù)不少于四次,最后測(cè)量值取兩次8組數(shù)據(jù)的平均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。
 
3.2熱電偶年穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1
　　一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶銅固定點(diǎn)一年內(nèi)最大變化值為4μV,按鉑銠熱電偶變化規(guī)律,在鋁點(diǎn)最大變化值為3.0μV,在鋅點(diǎn)最大變化值為2.2μV,隨使用時(shí)間的長(zhǎng)短.而不同,符合三角分布k=√6,。在銅,、鋁、鋅固定點(diǎn)熱電偶年穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U1(Cu)=4/√6=1.63uV
U1(AI)=3.0/√6=1.22μV
U1(Zn)=2.2/√6=0.90uV
　　它為B類,可靠程度為90%,于是其自由度為:
 
3.3分度裝置中標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2
　　根據(jù)量值傳遞系統(tǒng)表得知,由標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u2(銅)=0.4/2.85x12=1.68μV
u2(鋁)=0.3/2.85x10=1.10pV
u2(鋅)=0.3/2.85x10=1.10μV
符合t分布為B類,自由度為:Y2(銅)=γ2(鋁)=γ2(鋅)=100
3.4電測(cè)設(shè)備引起的不確定度u3
　　根據(jù)檢定規(guī)程,檢定一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時(shí),需配備測(cè)量精度不低于1x10^-4,分辨力不低于0.1μV的電測(cè)設(shè)備,。
　　現(xiàn)檢定中使用的電測(cè)設(shè)備為71/2數(shù)字電壓表,分辨力為0.01μV,。
u3=[0.004%x銅點(diǎn)讀數(shù)+0.0004%x量程]√3=[4x10.575x10^-5+4x10^-6x100]√3=0.48μV
　　按均勻分布，可靠程度為90%,為B類,其自由度
 
3.5不均勻性帶來(lái)的不確定度u4
　　標(biāo)準(zhǔn)器和被檢熱電偶的測(cè)量端的溫差及因捆扎所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)與被測(cè)熱偶工作端接觸差異以及熱偶在管狀爐工作溫場(chǎng)中放置的不重復(fù)性引起的,。由于熱電偶在分度測(cè)量時(shí)是處于一個(gè)有溫度梯度的溫場(chǎng)中,因此熱電偶的不均勻性會(huì)在有溫差的地方產(chǎn)生-一個(gè)測(cè)量結(jié)果變化不大于1.5pV熱電勢(shì)值,。
u4=1.5/3=0.50μV
　　為正態(tài)分布，可靠程度為80%,為B類,其自由度為:ϒ4=12
3.6熱電偶參考端的影響引起的不確定度us
　　分度裝置使用的冰瓶中,冰水混合物種的雜質(zhì)以及測(cè)量導(dǎo)線與熱電偶參考端接觸附加電勢(shì)都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生一定的影響,。由檢定規(guī)程:插人冰點(diǎn)恒溫其中的所有熱電偶的參考端和銅導(dǎo)線接點(diǎn)溫差≤0.05℃或(0±0.04)℃,。
U5=0.05x12√3=0.35μV
　　為均勻分布,可靠程度為80%,為B類,其自由度為:ϒ5=12
3.7轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)寄生電勢(shì)帶來(lái)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6
　　由于在熱電偶測(cè)量時(shí)被測(cè)熱電偶的測(cè)量是通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電測(cè)設(shè)備相連,因此轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的寄生電勢(shì)會(huì)直接附加在被測(cè)熱電偶的熱電勢(shì)上,按檢定規(guī)程要求轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)最大寄生電勢(shì)≤0.4μV
u6=0.4/√3=0.23pV
　　為均勻分布,可靠程度為80%,為B類,其自由度為ϒ6=12
3.8標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表
 
5擴(kuò)展不確定度
　　由U95=k×uc,得:P=95,ϒ=100,k=1.98
U(Cu)=1.98×2.47=4.89μV(相當(dāng)于0.41℃)
U(AI)=1.98×1.82=3.60pV(相當(dāng)于0.35℃)
U(Zn)=1.98×1.62=3.21μV(相當(dāng)于0.33℃)
6測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示
　　等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶在三固定點(diǎn)熱電動(dòng)勢(shì)得分度結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為:
銅點(diǎn):U95=4.89μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.41℃)
鋁點(diǎn):U95=3.60μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.35℃)
鋅點(diǎn):U95=3.21μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.33℃)