工業(yè)熱電偶測量結(jié)果不確定性分析與應(yīng)用

摘要:工業(yè)熱電偶在儀器儀表行業(yè)中屬于傳感器系列,，用于工業(yè)溫度測量，作為現(xiàn)代測量工具之一,，它的質(zhì)量決定了測量溫度的精度,。檢定熱電偶測溫的正確性，需要測定其穩(wěn)定性等指標,。
傳統(tǒng)的熱電偶檢定采用人工方法,，對熱電偶進行插入、計數(shù),、檢定數(shù)據(jù)等工序,，耗費時間長且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤。取而代之的是由計算機及外部設(shè)備組成的自動檢定系統(tǒng),。除了捆綁、插入等工序還需要人工操作之外,，其他均采用了自動化系統(tǒng),，不僅解決了勞動力強度高的問題，還保證了數(shù)據(jù)處理和判定的正確性,。案例采用熱電偶自動檢定系統(tǒng)對DN50熱電偶進行不確定性評定,，外圍設(shè)備包括標油槽、冷端補償器等,，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集分析,、鑒定結(jié)果輸出等自動化處理。
1熱電偶自動檢定設(shè)備配套設(shè)備的主要技術(shù)指標
(1)數(shù)字多用表為被檢熱電偶的熱電動勢,，檢定誤差為正負0.0025%,每月示值誤差會增加,，需要每年檢定一次。
(2)管式爐,，用于設(shè)置熱電偶需要的測量端測溫點溫度,，溫差不會大于1攝氏度。
(3)冰點恒溫器,，用于測量熱電偶參考端溫度,，誤差在正負0.2攝氏度之間。
(4)掃描開關(guān)，接觸熱點動勢與測量系統(tǒng)配套的掃描開關(guān),。
(5)冷端補償器:可長期保持極高冷端溫度補償?shù)木取?br />  
2被測量熱電偶的技術(shù)指標
　　被測量熱電偶DN50采用的原料成份為鎳鉻,、鎳規(guī)，檢定溫度點分別為400,、800攝氏度,。要求誤差不能超過2.5攝氏度，允差取最大值,。
3測量過程和方法
3.1檢定準備階段
　　將熱電偶的測量端均勻圍繞細鎳鉻絲,，將捆扎好的熱電偶裝入管式爐內(nèi)，熱電偶測量端放置于管式爐的最高溫區(qū)中心,，安放好后,，連接熱電偶、數(shù)字多用表,、轉(zhuǎn)換器等的電源線,、通訊線等，將補償導線插入冷端補償器中,，送電檢定,。
3.2檢定
　　打開微機控制掃描，微機掃描系統(tǒng)開始讀取熱電偶的爐溫,，從多用表開始讀取相關(guān)數(shù)據(jù),，對熱電偶的升溫狀態(tài)逐一進行檢查。待全部設(shè)定溫度檢查完畢后,，在微機上預覽檢測數(shù)據(jù)和運算結(jié)果,，打印出紙質(zhì)報告。
3.3計算
　　在對熱電偶的熱點測量端的溫度點,、參考端的熱電動勢進行檢定后,，就會得出DN50鉑銠熱電偶的測量數(shù)值。數(shù)字多用表提供檢定爐的各個測量溫度點的熱量值,，冰點恒定器提供零攝氏度的冰點溫度”,。
3.4不確定度來源
　　DN50熱電偶采用的測量結(jié)果是由微機自動采集，不存在人工誤讀的情況,，同時,，除了將熱電偶放置在管式爐的過程是屬于人工行為，其他的測量端,、參考端,、溫度場的熱量調(diào)節(jié)均有系統(tǒng)自動測算。測量環(huán)境滿足了電測儀表的環(huán)境要求,溫度保持在24攝氏度左右,，相對濕度在50到80%RH之間,，檢定室的溫度和濕度也在環(huán)境標準數(shù)值范圍內(nèi),。因此環(huán)境因素不會給測量結(jié)果帶來不確定性。
3.5不確定性評定
　　不確定度性要表現(xiàn)為被測熱電偶的測量值重復性,、數(shù)字多用表的計算錯誤,、檢定溫度場的溫度不均勻、測量回路電勢以及熱電偶的參考端不均勻等,。
3.5.1參考端溫度不為零的不確定度
　　熱電偶測溫原理,，要求熱電偶參考端溫度應(yīng)恒定，--般恒定在0℃,。如果不是0'C,，甚至是波動的，原因有可能是插入爐內(nèi)用于測溫的熱電偶,，被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱,，而熱電偶與爐壁的溫差較大時，因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差,。
3.5.2輸入量引入的不確定度
　　輸入量的不確定度是由二等標準熱電偶分度值和其他不穩(wěn)定性造成的,。
3.5.3熱電偶分度值不確定性
　　將DN50作為二等標準鉑銠熱電偶的不確定性引入任意檢定標準，可以推算出標準不確定度,，按照此類標準來評定,，顧及出相對不確定度為零。
3.5.4由檢定爐分布均勻引起的不確定分析,，是由于檢定爐內(nèi)的溫差不均勻,，導致測定溫度的分量呈現(xiàn)不同整百度點的計算結(jié)果。
3.5.5由測量寄生回路電勢引起的不確定性,，是由于微機開關(guān)接觸熱電動勢的不確定度造成了不同整百度點的計算結(jié)果,。采用此類方法進行評定，則熱電偶參考端溫度呈現(xiàn)不均勻的數(shù)值結(jié)果,。
4效果評價
　　通過對DN50熱電偶自動檢定，我們得出以下結(jié)論,，各個分量值的作用是不同的,，如數(shù)字多用表在測量過程中引入的不確定度分量是最大的，而掃描開關(guān)對熱電偶的測量不確定度是最小的,。因此要提高自動化檢測系統(tǒng)的檢測正確率,，就要選擇更高等級的數(shù)字多用表。本次自動檢定測量結(jié)果中經(jīng)過溫度檢定部門和上級計量部門]檢定雙重檢定對比,，得出的測量結(jié)果之差是小于擴展不確定度的,，這也充分證明了本次測量的系統(tǒng)是可以通過驗證的。
5結(jié)束語
　　通過以DN50熱電偶為參考的檢定試驗我們得出了一個結(jié)論,，電測系統(tǒng)的測量誤差與熱電偶自身,、檢定爐,、參考端溫度場等都有關(guān)系，這也是熱電偶測量不確定性的主要來源,。因此提高系統(tǒng)的檢測水平,，不僅要注意提高檢測儀表和熱電偶的精度等級，還要加強日常定期的檢修和校準,，這些是對設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的保障措施,。