熱電偶檢定的誤差分析及總不確定度的分析論證

熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)制成的溫度測量元件，上海自儀公司是一種廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域的溫度傳感器，它由兩種不同材料的熱將其兩端的溫度差，以電勢值的形式輸入給二次儀表———溫度顯示儀表，以完成溫度測量的全過程。因 此，熱電偶就是測量儀表的基礎(chǔ)元件，其示值性與否，將影響著整個控溫的準(zhǔn)確度。因而熱電偶在檢定過程中，其標(biāo)準(zhǔn)裝置，檢定方法等，是否滿足檢定規(guī)程要求，將從根本上影響著檢定結(jié)果的準(zhǔn)確

1、 概述

根據(jù) JJG141—2013《工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》要 求，檢定方法有雙極比較法和同名極比較法，根據(jù)單位的情況采用雙極比較法。其檢定原理圖示進行。規(guī)程要求檢定時檢定標(biāo)準(zhǔn)與所有被檢熱電偶的參考端應(yīng)全部直接插入 1 個 0℃的冰點槽里，這樣經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)，由低電勢直流電位差計或其他等測得的熱電勢值為 E( t0 ) ，即檢定爐的爐溫 t，相對于 0℃的熱電勢值，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)熱電偶誤差修正后，就可以從熱電偶分度表中直接查得熱電偶所測實際出被檢熱電偶的誤差值。

2 熱電偶的檢定方法及所用標(biāo)準(zhǔn)裝置

通常熱電偶的檢定方法有雙極比較法、同名極比較法，一般使用的是同名極比較法。熱電偶在檢定前先清洗、退火、然后捆扎入爐。檢定在鋅( 419．527℃ ) 、鋁( 660． 323℃ ) 、銅( 1 084． 62℃ ) 3 個固定點進行，開始測量時，其低溫到高溫逐點檢定，檢定爐爐溫偏離檢定點溫度不得超過 ± 5℃，當(dāng)爐溫升到設(shè)定檢定點后觀測到爐溫變化小于 0． 1℃ /min( S 型、Ｒ 型熱電偶) 時其測量順序為:測量時每只熱電偶的熱電動勢測量次數(shù)不少于 4 次，整個測量過程爐內(nèi)溫度變化低于 0． 5℃。測量讀數(shù)保留到小數(shù)點后 4 位( 0． 1 μv) 。由于檢定點銅 3 個固定點進行的，合格的熱電偶在鑒定證書中還須給出 300℃ ～ 1 300℃ 各整百度上的熱電勢值。計算式為:式中: et 溫度 t 時的熱電動勢值，e1、e2、e3 被檢定的熱電偶在 3 個固定點 t1、t2、t3 時的熱電動勢值， 1 ( t) ， 2 ( t) ， 3 ( t) ，分別為 t1，t2，影響函數(shù):

3 誤差來源、產(chǎn)生原因及計算分析

誤差來源主要以人、機、料、法、環(huán) 5 個方面分析。 1) 一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10 － 鉑熱電阻的不確定度評定為 0． 6℃，正態(tài)分布，取 k = 2． 58。則:

2) 一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的年穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u2。由檢定規(guī)程 JJG75 － 1995 得知，其在銅點的年穩(wěn)定性不超過5 μv，假設(shè)按均勻分布，于 0． 24℃。

3) 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u3。對分度號為 S、編號為 47 － 1S － 11 的熱電偶在短時間內(nèi)測量 8 次，在銅點測量數(shù)據(jù)如下: 10． 567 9，10．567 5，10． 566 8，10． 566 5， 10． 566 3，10． 566 6，10． 656 9實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差 Sn = 0． 049℃，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

4) 電測儀表讀數(shù)不準(zhǔn)確引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u4。 2010 型 7 位半數(shù)字多用表由使用說明書得知在測量銅點熱電勢為 10． 575 mv 時 的 極 限 誤 差

003 7% 讀 數(shù) + 0. 000 9% 量程) ，得允差 e4 = ± 1． 29 μv( S 熱電偶在銅點時) ，相當(dāng) 于 0． 11℃，假設(shè)按均勻分布，k = 槡3。其 結(jié) 果 相 當(dāng) 于0

5) 轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電勢引入的不確定度分量 u5。檢定規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)換開關(guān)各路寄生電勢小于 0． 4 μv，相當(dāng)于 0． 03℃。假設(shè)按均勻分布 。其

0． 02℃。

6) 檢定爐溫場不均勻性引入的不確定分量 u6。檢定規(guī)程規(guī)定，管式檢定爐溫均勻溫場內(nèi)溫度變化梯度 0． 4℃ /10 mm，半寬度 e6 = 0． 2℃。按均勻分布 。

4 被檢熱電偶總不確定度計算

1) 總不確定度由以上 8 項不確定度合成，上述 8 項不確定度彼此好立，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc:

2) 拓展不確定度 U = KUC = 0． 78℃ ( k 取 2)

被檢熱電偶在使用溫度上限允許基本誤差 = 1 600℃ × 0. 25% = 4． 0℃

5 結(jié)語

鉑銠 10———鉑熱電偶檢定裝置的總不確定度為 0． 78℃，小于被檢熱電偶的允許基本誤差 4． 0℃，達到了計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備不確定度為被校準(zhǔn)檢測備/3 ～ 1 /10 點要求，滿足熱電偶檢定要求。從以上分析中可知，由于在熱電偶檢定中采取了許多消除或避免誤差產(chǎn)生的措施，使得被檢熱電偶的總不確度。因此，在檢定工作中，上海自儀公司要嚴(yán)格遵守檢定規(guī)程，不斷學(xué)習(xí)，要從人員、裝置、方法、環(huán)境及被檢熱電偶特性等多方面做些更細(xì)致的工作，使測量不確定限度，以保證熱電偶的傳遞精度。為企業(yè)更好更快持續(xù)發(fā)展作出貢獻。