鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量誤差的不確定度評(píng)定

摘要:本文依據(jù)《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》.JJF1637-2017《康金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》等有關(guān)技術(shù)文件對(duì)鎳鉻-鎳硅熱電偶的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用的是一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶,按規(guī)范要求做了重復(fù)性實(shí)驗(yàn),，獲得了有效的測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算出了測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,并把整個(gè)測(cè)量過(guò)程中能夠引入不確定度的各個(gè)因素進(jìn)行了一-分析,最后計(jì)算出合成不確定度,進(jìn)而給出了擴(kuò)展不確定度,。
1概述
①測(cè)量依據(jù):JF1637-2017<廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》。
②被測(cè)對(duì)象:鎳鉻-鎳硅熱電偶,，測(cè)量范圍(300-1100)℃,。
③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶,測(cè)量范圍:(0~1300)℃。
④測(cè)量方法:校準(zhǔn)鎳鉻-鎳硅熱電偶用-等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn),，采用雙極比較法進(jìn)行測(cè)量,，將標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶與被校準(zhǔn)鎳鉻-鎳硅熱電偶按要求捆扎成束,置于檢定爐中的均溫塊里。選取測(cè)量溫度點(diǎn),按JJF1637-2017《廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量,。
2測(cè)量模型
 
　　式中:e被(t)一被校熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的熱電動(dòng)勢(shì),單位:mV;
`e被一一被校熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點(diǎn)附近,，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算數(shù)平均值,單位:mV;
e標(biāo)證一一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)上某校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的熱電動(dòng)勢(shì)值,單位:mV;
`e標(biāo)一一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在某校準(zhǔn)溫度點(diǎn)附近，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算數(shù)平均值,，單位:mV;
S標(biāo)S被一一分別為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,、被校熱電偶在某校.準(zhǔn)溫度點(diǎn)的微分熱電勢(shì),單位:μVPC;
e補(bǔ)一一補(bǔ)償導(dǎo)線修正值,，單位:mV,。
3不確定度傳播公式
　　測(cè)量模型中各個(gè)輸入量引入的測(cè)量不確定度相互獨(dú).立,互不干涉,根據(jù)不確定度傳播率:
 
4標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
　　被校熱電偶輸入量`e被引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`e被),，其來(lái)源有被校熱電偶的重復(fù)性,，電測(cè)儀器測(cè)量誤差,、爐內(nèi)金屬均溫塊徑向溫場(chǎng)的不均勻性,、爐溫的波動(dòng),、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接觸電勢(shì)、參考端溫度不等于0℃,、補(bǔ)償導(dǎo)線;
　　標(biāo)準(zhǔn)熱電偶引入的不確定度,其來(lái)源有整百攝氏度點(diǎn)e標(biāo)準(zhǔn)和輸入量`e標(biāo)重復(fù)性測(cè)量等,。
4.1被校熱電偶重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U1,用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　對(duì)被檢鎳鉻-鎳硅熱電偶在重復(fù)性條件下在400℃、600℃,、800℃點(diǎn)分別進(jìn)行測(cè)量10次,測(cè)得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
 
　　由測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差,按下列公式計(jì)算:
 
s(400℃)=0.0037mV;
s(600℃)=0.0050mV;
s(800℃)=0.0027mV,。
　　規(guī)程要求每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)需要測(cè)量4次,，取算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果,所以:
U1(400℃)=0.0037mV/V4=1.85μV;
U1(600℃)=0.0050mV/V4=2.50μV;
U1(800℃)=0.0027mV/V4=1.35μV,。.
4.2數(shù)字多用表示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量.u2,用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　查數(shù)字多用表校準(zhǔn)證書(shū)可知,，數(shù)字多用表在(0~100).mV范圍內(nèi)最大誤差為0.0003mV(此處我們沒(méi)有采用數(shù)字多用表中的引用誤差概念，實(shí)際上其引入的不確定度很小,可以忽略不計(jì),。)
考慮其按均勻分k=V3布,則:
u2=0.0003mV√3=0.17μV
4.3金屬均溫塊徑向溫場(chǎng)不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定.度u3,用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　校準(zhǔn)時(shí),，由于爐內(nèi)放置的金屬均溫塊徑向溫場(chǎng)不均勻,，經(jīng)測(cè)試最大差值為0.2℃,，換算成熱電勢(shì)值為8.45μV。按均勻分布考慮,，包含因子k=√3，取半寬為4.22μV,。則,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U3=4.22μuV/√3=2.44μV
4.4爐溫波動(dòng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u,用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)得溫場(chǎng)實(shí)際變化不超過(guò)1.0μV,以微分電勢(shì)9.567μV/℃計(jì)算(相當(dāng)于0.10℃),再以微分電勢(shì)42.24μV/℃計(jì)算,，帶來(lái)的誤差為4.22μV,。按均勻分布考慮,包含因子k=V3,取半寬為2.11μV,。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U4=2.11/√3=1.22μV
4.5低電勢(shì)掃描開(kāi)關(guān)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u5,用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　低電勢(shì)掃描開(kāi)關(guān)各路之間最大寄生電勢(shì)之差不大于0.5μV。按均勻分布考慮,，包含因子k=√3，半寬為0.5μV,。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U5=0.5/√3=0.29μV
4.6參考端溫差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　經(jīng)測(cè)量參考端不為0℃，誤差為0.05℃,，以微分電勢(shì)39.45μV/℃計(jì)算,換算成熱電勢(shì)值為1.97μV。按均勻分布考慮,包含因子k=√3,半寬為0.5μV,。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U6=1.97/√3=1.14μV
　　由于輸入量u1、u2,、u3、u4,、u4、u5,、u6彼此之間相互獨(dú)立,則:
 
4.7標(biāo)準(zhǔn)熱電偶整百攝氏度e標(biāo)證引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　經(jīng)查,，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶最大允差為15μV,，按均勻分布考慮,包含因子k=√3,半寬為7.5μV。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(e標(biāo)證)=7.5√3=433μV
4.8標(biāo)準(zhǔn)熱電偶輸入量`e標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,用.A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　輸入量`e標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`e標(biāo)),標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp2為:
 
　　實(shí)際測(cè)量以4次測(cè)量值的平均值作為測(cè)量結(jié)果,故
u(`e標(biāo))=2√4=1μV
4.9補(bǔ)償導(dǎo)線引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e補(bǔ)),用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定
　　經(jīng)測(cè)量,K型補(bǔ)償導(dǎo)線在30℃時(shí)，誤差+0.2℃(±8.45μV),，按均勻分布考慮,，包含因子k=√3,，半寬為7.5μV,。則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(e補(bǔ))=8.45√3=4.88μV
4.10標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量列表
 
5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
 
6擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
取k=2,測(cè)量點(diǎn)為:
400℃時(shí):U(400℃)=kuc(400)=41μV(相當(dāng)于1.0℃);
600℃時(shí):U(600℃)=kuc(600)=41μV(相當(dāng)于1.0℃);
800℃時(shí):U(800℃)=kuc(800)=41μV(相當(dāng)于1.0℃),。