大型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析熱電偶測(cè)量中的誤差

　　　　　核心流測(cè)試循環(huán)(CFTL)是一個(gè)大型工程實(shí)驗(yàn)在橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)提供結(jié)構(gòu)和傳熱數(shù)據(jù)快速氣冷式核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)。這是一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn),全面高密度電熱“燃料棒模擬器”[www.shhzy3.cn]代替核能燃料棒。實(shí)驗(yàn)0.5毫米直徑,壓實(shí)金屬鎧裝熱電偶用來(lái)測(cè)量包殼溫度燃料棒的模擬器進(jìn)行了計(jì)量研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)室(MRDL)的儀表和控制ORNL部門。目標(biāo)是:識(shí)別和分析在0.5毫米直徑護(hù)套溫度測(cè)量誤差來(lái)源熱電偶用于測(cè)量覆蓋層的表面溫度燃料棒模擬器的核心流測(cè)試循環(huán)(CFTL);設(shè)計(jì)這些溫度測(cè)量的方法減少或糾正錯(cuò)誤;估計(jì)總體溫度測(cè)量的不確定性;和建議修改的制造、安裝、或材料的使用,減少溫度測(cè)量的不確定性的實(shí)驗(yàn)。

        因?yàn)闊犭娕季€的直徑，以及電線之間或電線和護(hù)套之間的分離直徑為0.5 mm的熱電偶組件很小（在訂單上0.05至0.1mm）機(jī)械，電學(xué)和化學(xué)行為的這些熱電偶不同于較大的直徑熱電偶。高于600°C，這些的熱電性能熱電元件可以通過(guò)界面處的化學(xué)反應(yīng)來(lái)改變?cè)跓犭娕己退鼈冎車牟牧现g，或者熱元件可能被雜質(zhì)的擴(kuò)散所污染絕緣或通過(guò)鞘材料的組分?jǐn)U散進(jìn)入電線。這種反應(yīng)或污染的影響熱電偶的熱電性能隨之增加產(chǎn)物的反應(yīng)和雜質(zhì)滲透到核心導(dǎo)線，穿透時(shí)間beipg是導(dǎo)線厚度的函數(shù)和溫度。例如，在3mm直徑的鎧裝熱電偶中，熱電偶線的直徑為J> 0.5mm，但是在0.5mm直徑的護(hù)套熱電偶，線直徑為0.1mm或更少。因此，0.5-mm直徑的熱電偶的去校正是在高溫下比在較大直徑下更快速和更嚴(yán)重?zé)犭娕肌?/span>

        因?yàn)楸疚牡闹行闹黝}是識(shí)別和分析溫度測(cè)量誤差，這是值得的地址，暫時(shí)，定義術(shù)語(yǔ)和具體的方式它們被使用。這些包括誤差（隨機(jī)和系統(tǒng)）不確定性，精確度和從這些術(shù)語(yǔ)導(dǎo)出的術(shù)語(yǔ)。這個(gè)討論嚴(yán)重依賴于Eisenhart和Ku的工作。 誤差是測(cè)量值和“真”值之間的差值的物理性質(zhì)。存在與兩者相關(guān)的不確定性測(cè)量值和真值。報(bào)告值的不確定性通過(guò)“說(shuō)明其可能的可信限度來(lái)估計(jì)不準(zhǔn)確?！?/span>

        數(shù)量的真實(shí)價(jià)值在絕對(duì)意義上是不可知的;以來(lái)總是有一些不確定性甚至與最相關(guān)準(zhǔn)確的測(cè)定，由于噪聲或最終的不確定性原理。采用物理量的“標(biāo)準(zhǔn)”值，以及國(guó)際不確定性的估計(jì)協(xié)議后仔細(xì)檢查了可用的實(shí)驗(yàn)工作。采用的值通常是幾個(gè)獨(dú)立的平均值確定，并且可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行修訂確定變得可用。因此，這是最重要的在臨界測(cè)量中使用的標(biāo)準(zhǔn)值是足夠的以便在更準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)值變?yōu)闀r(shí)可用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以校正并保留其有效性。

        在精密測(cè)溫中，熱電偶線被連接直接到其溫度被精確已知的參考結(jié)和/或控制。也就是說(shuō)，熱電偶線從中延伸測(cè)量連接點(diǎn)到參考連接點(diǎn)連續(xù)，不間斷長(zhǎng)度沒(méi)有延長(zhǎng)引線的介入或連接器。

        這種實(shí)踐在大規(guī)模工程實(shí)驗(yàn)中是不切實(shí)際的如CFTL，因?yàn)楦?0i）熱電偶連接數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須在測(cè)試裝置處斷開交換。此外，小直徑的總長(zhǎng)度熱電偶必須最小化以減少電阻熱電偶電路。由于這些原因，熱電偶會(huì)使用延長(zhǎng)引線和連接器連接。延長(zhǎng)導(dǎo)線和熱電偶連接器中的觸點(diǎn)由大致匹配的合金對(duì)制成特定熱電偶類型（K，S等）的熱電性能，在有限的溫度范圍內(nèi)，通常為0至200℃。類型K

例如，延長(zhǎng)線通常由K型合金制成由于某種原因或另一種不符合K型的要求在0°到1260°C的整個(gè)范圍內(nèi)的熱電偶，但是pr在0°至200°C之間，emf與溫度的合理匹配。熱電偶匹配中允許誤差的標(biāo)準(zhǔn)延伸導(dǎo)線材料的性能等相應(yīng)熱電偶類型在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出溫度測(cè)量熱電偶，ANSI MC96.1。公差表示為將導(dǎo)致a的最大容許誤差由于熱電性質(zhì)的不匹配導(dǎo)致的溫度測(cè)量在延伸引線和熱電偶之間有限的溫度范圍。例如，誤差極限為±2.2°C（0至200℃）對(duì)于K型（Chromel-P對(duì)Alumel）和+ 6.7℃（0至200℃）對(duì)于S型（90％鉑-10％銠對(duì)鉑）。在一個(gè)特殊批量的延長(zhǎng)線，這些都是相對(duì)恒定的，因此，系統(tǒng)誤差。S型樣品的偏差從0至140℃測(cè)量延長(zhǎng)線從幾個(gè)制造商從很多材料購(gòu)買了大約十年的時(shí)間。偏差范圍在ANSI公差內(nèi)前一段。的結(jié)果（圖1）表明，校準(zhǔn)可以減少不確定性將延長(zhǎng)線的系統(tǒng)誤差降至±0.1°C以下。（對(duì)于K型延長(zhǎng)線也是如此。）換句話說(shuō)，校準(zhǔn)每根延長(zhǎng)引線使用可減少?gòu)倪@個(gè)源的系統(tǒng)誤差到隨機(jī)誤差的水平在熱電偶測(cè)量系統(tǒng)中。