配熱電阻用溫度指示表示值誤差測(cè)量不確定度

[摘要]配熱電阻用數(shù)字溫度指示儀表在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,，其檢定、準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定,，有著重要的意義,。本文主要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的配Pt100熱電阻的數(shù)字溫度指示儀表的檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析。
0引言
　　配熱電阻用數(shù)字溫度指示儀表在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,，在實(shí)際工作中,，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確，其檢定,、校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定,，有著重要的意義。本文主要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的配Pt100熱電阻的數(shù)字溫度指示儀表的100℃點(diǎn)檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析,，其他測(cè)量范圍和配用Cu50熱電阻的數(shù)字溫度指示儀表,，也可采用本不確定度的評(píng)定方法,，給出相應(yīng)的評(píng)定結(jié)果。
1概述
1.1測(cè)量依據(jù):JJG617-1996《數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀》,。
1.2測(cè)量環(huán)境:溫度(20±5)℃,，相對(duì)濕度(45%~60%)
1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):用ZX25a直流電阻箱作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，ZX25a直流電阻箱在X10檔和x100檔的最大允許誤差為±0.05%和土0.02%,，對(duì)應(yīng)于熱電阻各溫度點(diǎn)的阻值折算成溫度的最大允許誤差如表1,。
1.4被測(cè)對(duì)象:
　　被測(cè)對(duì)象為配熱電阻數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀(以下簡(jiǎn)稱儀表)，測(cè)量范圍為(-50~300)℃,，配以不同類型的熱電阻,，允許誤差通常以土(a%FS+b)表示，其中a有0.2.0.3.0.5,、1.0幾種,，F(xiàn)S為儀表的量程，b為儀表分辨力,，以b=0.1℃和1℃最為常見(jiàn),。
　　本次評(píng)定的對(duì)象為以下兩類儀表.的100℃點(diǎn):
①分辨力為0.1℃的儀表:規(guī)格為Pt100分度，測(cè)量范圍(0~200)℃,，最大允許誤差_d=±(0.5%FS+0.1)℃=1.1℃,。
②分辨力為1℃的儀表:規(guī)格為Pt100分度，測(cè)量范圍(0~300)℃,，最大允許誤差_d=±(1.0%FS+1)C=4℃,。
 
1.5測(cè)量過(guò)程:
　　按JJG617-1996中“示值基準(zhǔn)法”進(jìn)行檢定，以每點(diǎn)上行程時(shí)示值剛能穩(wěn)定在被檢點(diǎn)溫度值的輸入信號(hào)值A(chǔ)1,、離開(kāi)備檢點(diǎn),，轉(zhuǎn)換到下一值(包括兩值間的波動(dòng))時(shí)的輸入信號(hào)值A(chǔ)2、下行程時(shí)示值剛能穩(wěn)定在被檢點(diǎn)溫度值的輸入信號(hào)值,、離開(kāi)備檢點(diǎn),，轉(zhuǎn)換到下一值(包括兩值間的波動(dòng))時(shí)的輸入信號(hào)值四點(diǎn)的誤差最大值計(jì)算示值誤差，作為該點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果,。
1.6評(píng)定結(jié)果的使用
　　在符合上述條件的情況下,，可以根據(jù)儀表的分辨力，配用熱電阻的類型和測(cè)量范圍,，采用本不確定度的評(píng)定方法,，給出相應(yīng)的評(píng)定結(jié)果。
2數(shù)學(xué)模型
△t=td-t,
式中:△t--儀表的示值誤差,，℃;
t--儀表的顯示值,，C;
td--標(biāo)準(zhǔn)器電阻示值對(duì)應(yīng)的溫度值，℃.
3輸入量td的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定.
3.1輸入量td的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ta)評(píng)定
輸入量的不確定度來(lái)源主要有兩部分:測(cè)量重復(fù)性和儀表的分辯力,。
(1)分辨力為0.1℃的儀表
　　由于該類儀表分辨力較高,，其分辨力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響已包含在重復(fù)性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響之中,，所以該類儀表輸入量ta引入的的不確定度可僅考慮測(cè)量重復(fù)性的影響。
u(t)可以用“示值基準(zhǔn)法”在同一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)上通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列,，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定,。
　　經(jīng)測(cè)量，A1:100.07,，A2:100.14,，100.10::100.03。所以選定A2點(diǎn)計(jì)算測(cè)量結(jié)果,。
　　在100.0℃A2轉(zhuǎn)換點(diǎn)上進(jìn)行連續(xù).10次測(cè)量,，得到測(cè)量列(單位;C):100.16，100.14,，100.09,，100.13，100.15,，100.11,，100.08，100.11,，100.14,，100.17。
單次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為
 
　　任選兩臺(tái)同類型儀表,，分別在100.0℃A2轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性條件下的連續(xù)10次測(cè)量,，得到單次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，如表2.
 
(2)分辨力為1℃的儀表
　　由于該類儀表分辨力較低,，其分辨力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響已遠(yuǎn)大于重復(fù)性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響，所以該類僅表輸入量td引入的的不確定度可僅考慮分辨力的影響,。
u(td)可以采用B類方法進(jìn)行評(píng)定,，由僅表分辨力b導(dǎo)致的示值誤差區(qū)間半寬為a=b/2，包含因子k=3.因此
u(td)=0.5/k=0.29℃
3.2輸入量t,。的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(t)的評(píng)定
　　輸入量ts的不確定度主要來(lái)源于直流電阻箱的不確定度,，環(huán)境溫濕度和連接導(dǎo)線引入的不確定度可以忽略不計(jì)。由ZX25a直流電阻箱引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ts)可以采用B類方法進(jìn)行評(píng)定,。
根據(jù)ZX25a直流電阻箱輸出信號(hào)的大小和熱電阻類型,，查表1中最大允許誤差_，估計(jì)為均勻分布,，k=3,，則u(ts)=|_|/3，結(jié)果如表4.
 
本次評(píng)定對(duì)象100℃點(diǎn)的u()為:
u(100)=0.05℃,。
4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
4.1靈敏系數(shù)
數(shù)學(xué)模型:_t=td-ts
所以,，靈敏系數(shù)c1=_t/td=1
c2=_t/ts=1
4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總
(1) 分辨力為0.1℃的儀表標(biāo)準(zhǔn).不確定度匯總?cè)绫?.
(2) 分辨力為1℃的儀表標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?,。
 
4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
　　由于輸入量td、ts之間相互彼此獨(dú)立,，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以按下式得到:
分辨力為0.1℃的儀表:
 
uc(_100)=0.06℃,。
分辨力為1℃的儀表:
uc(_100)=0.3℃。
5擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
　　取包含因子k=2,，則∪=kXu,。。
6測(cè)量不確定度的報(bào)告
　　分辨力b=0.1℃的數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀100℃點(diǎn)示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度∪=0.12℃,。
　　分辨力b=1℃的數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀100℃點(diǎn)示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=0.6℃.