(宿遷市計(jì)量測試所 江蘇 宿遷 223800)

如何評定工業(yè)熱電偶檢定系統(tǒng)不確定度

宋成林

(宿遷市計(jì)量測試所江蘇宿遷223800)

本文主要研究工業(yè)熱電偶檢定系統(tǒng)不確定度，采用A類不確定度與B類不確定度的合成不確定度評定方法，來辨別熱電偶檢定系統(tǒng)不確定度是否滿足檢定要求。

工業(yè)用熱電偶；不確定度分量；合成不確定度與擴(kuò)展不確定度。

一、概述

1.測量依據(jù)：JJG351-1996《工作用金屬熱電偶檢定規(guī)程》

2.測量環(huán)境條件：溫度(23±57)℃；濕度(45-75)%RH

3.測量標(biāo)準(zhǔn)及其主要技術(shù)要求：

①二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶，編號(hào)為93-3-103，鋅、鋁、銅三凝固點(diǎn)溫度的分度值的擴(kuò)展不確定度V為0.6-1.0℃置倍概率為0.99服從正態(tài)分布。

②數(shù)字多用表,100mV最大允許誤差:e2=0.3μV

③低電勢掃描器寄生電勢:e1=0.3μV(測試證書)

④自由端溫度變化±0.05℃ e3=0.6μV(JJG141-88規(guī)定)

⑤檢定爐溫場變化引起的誤差±0.25℃ e4=2.9μV(JJG351-96規(guī)定)

⑥電測系統(tǒng)誤差:e1+e2+e3=1.2μV

4.被測對象及其主要性能:

Ⅱ級工作用鎳鉻-鎳硅熱電偶,在300-1100℃范圍內(nèi)誤差不超過2.5℃.

二、數(shù)學(xué)模型

e被(t)=e被(t1)=[E被(t)-e被(t1)]*S被(t)/S被(t)

三、A類不確定度分量

因在任一溫度點(diǎn)測量時(shí),被測偶重復(fù)性情況類似故對其在任一溫度點(diǎn)e被(t1)進(jìn)行重復(fù)測量情況的分析可代表其在其他溫度點(diǎn)的測量重復(fù)性情況的分析.現(xiàn)以1000℃測量情況為例分析.

將一支Ⅱ級鎳鉻-鎳硅熱電偶用一支二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作標(biāo)準(zhǔn)對它在1000℃的熱電動(dòng)勢進(jìn)行重復(fù)12次測量,測得數(shù)據(jù)分別為：

四、B類不確定度分量

1.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶引入的不確定度分量

根據(jù)檢定系統(tǒng)表,二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶擴(kuò)展不確定度：U99=0.6℃置倍概率P=99%,正態(tài)人布K=3故:二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:UB1=U99/K=0.6℃/3=0.2℃ UB1的自由度V取決于信息來源的可信程度。此外UB1來源于檢定系統(tǒng)表，這個(gè)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量本身具有95%的較高可信度，即UB1的不可信度為1-90%=10%，也就是UB1的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為{[σ(UB1)/UB1]}-2=50。

2.熱電偶檢定爐引入的本標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

熱電偶檢定爐溫場均勻性為0.4℃/10mm,通過標(biāo)準(zhǔn)與各被檢熱電偶測量端的捆扎,可使裝爐的熱電偶束工作端截面保持約10mm的直徑。同時(shí)可使各熱電偶工作端溫度之差進(jìn)一步降低到0.2℃。即分散區(qū)間平寬a=0.1℃,其分布為均勻分布。由檢定爐溫場不均勻所帶來的不確定度分量：

UB2=a/1.732=0.1℃/1.732=0.06℃。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷UB2具有80%的可信度，即(1/2)[σ(UB2)/UB2}-2=12.5=12

熱電偶檢定爐溫度波動(dòng)0.2℃,分散區(qū)間平寬a=0.1℃,其分布為反正弦分布。由檢定爐溫度波動(dòng)帶來單次測量的確定度：

UB3=a/1.414=0.1℃/1.141=0.07℃。

在檢定軟件中，已具備對測量過程溫度變化的監(jiān)視功能，一旦因特殊原因?qū)е聹y量過程溫度變化超過0.2℃，系統(tǒng)將拒絕采納該組異常數(shù)據(jù)，并繼續(xù)控溫，等待穩(wěn)定。軟件監(jiān)控提高了檢定數(shù)據(jù)的可靠性，即提高了UB3，則UB3具有90%可信度。

UB3=(1/2)·[σ(UB3)/UB3]-2=50。

3.熱電偶自由端處理所引入的本標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

主要是插入冰點(diǎn)槽中的所有熱電偶的參考端和銅導(dǎo)線的接點(diǎn)相互溫差所致，應(yīng)≤0.05℃,屬正態(tài)分布。可信概率為90%。即U90=0。05(K=1.645)。

則UB4=U90/K=0.05℃/1.645=0.03℃。故UB4=(1/2)·[σ(UB4)/UB4]-2=12。

4.數(shù)字多用表引入本標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

由KEITHLEY2000數(shù)字多用表用戶手冊可知，該表在DC100MV量程的平變化量為50ppm，讀數(shù)±35ppm量程。則置信水平可達(dá)99%。K=2.576。

故UB5=UP/K=0.1℃/2.576=0.04℃

UB5=(1/2)·[σ(UB5)/UB5]-2=50

5.低電勢掃描開關(guān)引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

TZ.SC-03低電熱掃描器寄生電勢≤0.4μV,具有很高的置信水平。按P=99%，K=2.576。

U99=UB6/K=0.1/2.576=0.04℃

UB6=U99/K=0.04℃/2.576=0.02℃

取UB6的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為100%,得：UB6=(1/2)·[σ(UB6)/UB6]-2=50

五、合成不確定度與擴(kuò)展不確定度

以上各分量均不相關(guān),合成不確定度為:

Uc的有效自由度

按正態(tài)分布,K99=2.576,從而得出擴(kuò)展不確定度U99

U99=K99·Uc=0.66℃

六、不確定度分析

Ⅱ級K型熱電偶在1000℃允許最大誤差為7.5℃,按要求,裝置不確定度應(yīng)≤測量結(jié)果不確定度的1/3。則1.26/7.5=0.168<1/3

故此系統(tǒng)可滿足檢定Ⅱ級熱電偶的要求。

[1]JJG351-1996.工作用金屬熱電偶檢定規(guī)程

[2]GB/T 30429-2013.工業(yè)熱電偶

[3]一級注冊計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)級專業(yè)實(shí)務(wù)

宋成林(1983.11-)，男，漢族，山東省威海市文登區(qū)宋村鎮(zhèn)，本科。