趙琪 王舜禹 陳龍

中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所 遼寧 沈陽 110001

引言

在很多試驗現(xiàn)場，工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶被應(yīng)用于實現(xiàn)溫度參數(shù)的測量。一等鉑銠30-鉑銠6熱電偶標準裝置可檢定工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶，完成（1100～1500）℃溫區(qū)內(nèi)溫度量值的傳遞，保證溫度量值的準確可靠。

1 計量標準裝置建標方案

1.1 計量標準裝置的組成

該標準裝置主要由一等標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶、高溫檢定爐、退火爐、零度恒溫器、轉(zhuǎn)換開關(guān)及電測儀器組成。

1.2 計量標準的工作原理

該標準裝置采用一等標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶與被檢工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶直接比較的方法進行檢定。也就是把標準熱電偶和被檢熱電偶捆扎在一起送入檢定爐內(nèi)，將熱電偶測量端置于均勻溫場內(nèi)，用電測儀器測出它們的熱電動勢，通過計算得到被檢熱電偶在校準溫度點的電勢值。其工作原理框圖如圖1所示。

圖1 測量標準的工作原理圖

1.3 環(huán)境條件

表1 環(huán)境條件列表

2 計量標準器具不確定度的評定

2.1 測量依據(jù)及方法

依據(jù)JJG 141-2013《工作用貴金屬熱電偶》檢定規(guī)程，將一等標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶（以下簡稱標準熱電偶）和工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶（以下簡稱被檢熱電偶）捆扎后放入管式檢定爐，用雙極比較法在1100℃、1300℃、1500℃3個溫度點進行檢定[1]。分別計算算術(shù)平均值，最后得到被檢熱電偶在各溫度點的熱電勢值。

2.2 測量數(shù)學(xué)模型

不確定度分析檢定點測量結(jié)果的測量模型：

式中：

2.3 標準不確定度評定

主要不確定來源：測量重復(fù)性、標準熱電偶、電測設(shè)備、多路開關(guān)、參考端和爐溫變化等影響。

2.3.1 測量重復(fù)性引入的不確定度分量。測量重復(fù)性引入的不確定度分量，用A類方法進行評定。

在1100℃、1300℃、1500℃分別測得被檢熱電偶的10個重復(fù)性實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)貝塞爾公式計算得：

2.3.2 標準熱電偶證書值引入的不確定度分量。標準熱電偶證書值引入的不確定度分量，用B類方法進行評定。一等標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶在1100℃、1300℃、1500℃3點的擴展不確定度為：，則標準不確定度為，1100℃、1300℃、1500℃3點對應(yīng)的微分熱電勢分別為9.77μV/℃、10.87μV/℃、11.56μV/℃，則：

2.3.3 標準熱電偶年穩(wěn)定性引入的標準不確定度分量。標準熱電偶年穩(wěn)定性引入的標準不確定度，用B類方法進行評定。根據(jù)JJG 75-1995《標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶》檢定規(guī)程[2]，標準偶的年穩(wěn)定性不應(yīng)超過±12μV，按均勻分布考慮，取區(qū)間半寬度a=12μV，則標準不確定度為：

2.3.4 電測設(shè)備引入的標準不確定度分量。電測設(shè)備對被檢偶引入的標準不確定度分量，用B類方法進行評定。測量儀器納伏表允許基本誤差：±（3×10-5×讀數(shù)+4×10-6×量程）（100mV檔），區(qū)間半寬度a為（3×10-5×讀數(shù)+4×10-6×量程），按均勻分布考慮，[3]。鉑銠30-鉑銠6熱電偶在1100℃、1300℃、1500℃3個檢定點標稱熱電勢分別為：5.780mV、7.848mV、10.099mV，則：

2.3.5 測量回路寄生電勢引入的標準不確定度分量。測量回路寄生電勢引入的標準不確定度分量，用B類方法進行評定。規(guī)程JJG 141-2013《工作用貴金屬熱電偶》規(guī)定轉(zhuǎn)換開關(guān)各路之間最大寄生電勢之差小于0.4μV，實際設(shè)備滿足此要求，用0.4μV進行計算，認為均勻分布，，則：

2.3.6 熱電偶參考端引入的標準不確定度分量。熱電偶參考端引入的標準不確定度分量，用B類方法進行評定。規(guī)程JJG 141-2013《工作用貴金屬熱電偶》規(guī)定插入冰點恒溫器中的所有熱電偶的參考端和銅導(dǎo)線的接點相互溫差不超過0.05℃，實際工作中滿足此要求，用0.05℃進行計算。鉑銠30-鉑銠6熱電偶在0℃的微分熱電勢為-0.25μV/℃，溫差換算成電勢值為0.02μV，按均勻分布考慮，，則：

2.3.7 爐溫變化引入的標準不確定度分量。爐溫變化引入的標準不確定度分量，用B類方法進行評定。根據(jù)規(guī)程中雙極比較法的規(guī)定，爐溫變化小于0.1℃/min時開始測量，對標準偶和被檢偶的測量1min內(nèi)可完成，即每次測量標準偶與被檢偶時爐溫變化不超過0.1℃，檢定爐溫度變化的區(qū)間半寬為0.1℃，認為均勻分布，，得，則：

2.4 合成不確定度

表2 標準不確定度匯總

合成標準不確定度為：

計算得1100℃、1300℃和1500℃溫度點的合成不確定度分別為：

通過塞貝克系數(shù)轉(zhuǎn)化為溫度，分別為：

表3 整百度點合成不確定度計算

2.5 擴展不確定度

3 計量標準器具不確定度的驗證

選取一支工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶，經(jīng)自檢測得數(shù)據(jù)后，送上一級法定計量機構(gòu)檢定一組數(shù)據(jù)，檢定結(jié)果合格。其測得值如下：

表4 不確定度驗證數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文介紹了一等鉑銠30-鉑銠6熱電偶標準裝置的組成和工作原理，重點闡述了標準裝置不確定度評定過程，給出了一等鉑銠30-鉑銠6熱電偶標準裝置在（1100～1500）℃整百度點的擴展不確定度，并通過不確定度驗證證明了不確定度的正確性。