過程校驗(yàn)儀熱電偶輸出誤差不確定度評(píng)定

摘要:據(jù)JJF1472--2014《過程儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF1059.1--2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》技術(shù)規(guī)范，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，通過對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響因素進(jìn)行分析，找出不確定度的各個(gè)分量，對(duì)過程校驗(yàn)儀熱電偶輸出誤差的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定和分析。
　　過程校驗(yàn)儀是在電力、化工和石油等行業(yè)和計(jì)量部門廣泛使用的設(shè)備，保證其量值正確并有效溯源具有重要的意義。對(duì)使用兩類標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行過程校驗(yàn)儀熱電偶輸出誤差校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)量不確定度分別進(jìn)行評(píng)定并進(jìn)行分析。
1概述
(1)測(cè)量依據(jù):JJF1472--2014《過程儀表校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》。
(2)環(huán)境條件:溫度:20.2℃，相對(duì)濕度:50%。
(3)被測(cè)對(duì)象:過程校驗(yàn)儀，型號(hào)CA71。
(4)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):數(shù)字多用表，型號(hào)8508A或溫度校準(zhǔn)器，型號(hào)TD7600。
(5)測(cè)量方法:如圖1所示，連接過程校驗(yàn)儀和標(biāo)準(zhǔn)器，將過程校驗(yàn)儀設(shè)置為熱電偶(K型)輸出狀態(tài)，輸出100℃，用標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測(cè)量。
 
2標(biāo)準(zhǔn)器為數(shù)字多用表時(shí)的測(cè)量不確定度
評(píng)定
2.1測(cè)量模型
△=(Axc-A0)/Si
　　式中:△為過程校驗(yàn)儀輸出示值誤差,℃;Axe為過程校驗(yàn)儀顯示的溫度值對(duì)應(yīng)的電壓值，mV;Ao為數(shù)字多用表測(cè)得的電壓值，mV;Si為塞貝克系數(shù),K型熱電偶100℃時(shí)，Si=41.369μV/℃，其不確定度可忽略。
合成方差和靈敏系數(shù)如下:
 
2.2不確定度分量的評(píng)定
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(A..)的評(píng)定
　　在過程校驗(yàn)儀模擬輸出K型熱電偶100℃時(shí)，過程校驗(yàn)儀的示值始終顯示100.0℃，故在此分析過程校驗(yàn)儀輸出的分辨力引入的不確定度分量。過程校驗(yàn)儀在模擬輸出K型熱電偶100℃時(shí)，塞貝克系數(shù)Si=41.369μV/℃，其分辨力0.1℃對(duì)應(yīng)電壓值為4.1369μV。設(shè)讀數(shù)變化區(qū)間的半寬a為分辨力的-一半，其概率分布為均勻分布，包含因
2.2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Ao)的評(píng)定
(1)測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1
　　將過程校驗(yàn)儀設(shè)置為K型熱電偶模擬輸出狀態(tài)，選擇輸出100℃校準(zhǔn)點(diǎn)，在重復(fù)性條件下，用數(shù)字多用表重復(fù)測(cè)量10次，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。
　　單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差按照貝塞爾公式計(jì)算:
 
　　在實(shí)際工作中取單次測(cè)量結(jié)果作為最終結(jié)果，故標(biāo)準(zhǔn)不確定u1為：
 
(2)標(biāo)準(zhǔn)器引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2.
　　測(cè)量使用的標(biāo)準(zhǔn)器是數(shù)字多用表8508A，K型.
　　熱電偶[3]100℃點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值為4.0962mV，此時(shí)數(shù)字多用表的最大允許誤差為:±(4.5x10^-6X4.0962mV+0.5x10^-6X200mV)=±0.118μV，屬于均勻分布，k=3，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2=
 
2.3計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　表2為各不確定度分量匯總表。
　　各不確定度分量彼此獨(dú)立互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc得:
 
 
2.4擴(kuò)展不確定度
　　取k=2，則:U=k·uc=2×0.039℃=0.06℃≈0.1℃。
3標(biāo)準(zhǔn)器為溫度校準(zhǔn)器時(shí)的測(cè)量不確定度評(píng)定
3.1測(cè)量模型
△=Ax-A0
　　式中:△為過程校驗(yàn)儀輸出示值誤差,℃;Ax為過程校驗(yàn)儀的顯示值,℃;A0為溫度校準(zhǔn)器的顯示值,℃。
　　合成方差和靈敏系數(shù):
 
3.2不確定度分量的評(píng)定
3.2.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Ax)的評(píng)定
　　在過程校驗(yàn)儀模擬輸出K型熱電偶100℃時(shí)，過程校驗(yàn)儀的示值始終顯示100.0℃，故在此應(yīng)分析過程校驗(yàn)儀輸出的分辨力引人的不確定度分量。過程校驗(yàn)儀在模擬輸出K型熱電偶100℃時(shí)，分辨力為0.1℃，設(shè)讀數(shù)變化區(qū)間的半寬α為分辨力的一半，其概率分布為均勻分布，包含因子k=.
 
3.2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(A0)的評(píng)定
(1)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1
　　將過程校驗(yàn)儀設(shè)置為K型熱電偶模擬輸出狀態(tài),選擇輸出10℃0校準(zhǔn)點(diǎn),在重復(fù)性條件下，用數(shù)字多用表重復(fù)測(cè)量10次,得到的數(shù)據(jù)如表3所示。
 
(2)標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2
　　測(cè)量使用的標(biāo)準(zhǔn)器是溫度校準(zhǔn)器TD7600,它在K型100℃點(diǎn)的最大允許誤差為:±0.15℃，屬于均勻分布，k=√3,，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2=
 
3.3計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　表4為各不確定度分量匯總表。
 
3.4擴(kuò)展不確定度
　　取k=2，則:U=k·uc=2x0.1℃=0.2℃
4結(jié)束語.
　　因?yàn)槟壳笆忻嫔洗蠖鄿囟刃?zhǔn)器的精度都不是太高，所以經(jīng)過上述測(cè)量不確定度的分析可以得到，對(duì)于精度較高的過程校驗(yàn)儀，為了得到較小的測(cè)量不確定度，應(yīng)選用精度高數(shù)字電壓表作標(biāo)準(zhǔn)器，可得到較小的測(cè)量不確定度;而對(duì)于精度較低的過程校驗(yàn)儀，可以選用溫度校準(zhǔn)器作為標(biāo)準(zhǔn)器，讀數(shù)方便，可節(jié)省校準(zhǔn)時(shí)間。