一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶測量結(jié)果的不確定度

摘要:介紹了建立用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)組檢定鉑銠10_鉑熱電偶的數(shù)字模型,并分析了一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶在三個固定點測量過程中的不確定度來源,并對測量結(jié)果進行了不確定評定。
1測量原理
　　熱電偶是利用熱電動勢與溫度之間具有的一定函數(shù)關(guān)系進行溫度測量的,函數(shù)式為:
EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)
當(dāng)t0=0℃時:EAB(t,t0)=EAB(t)+常數(shù)
　　由此可知，熱電偶的熱電動勢大小和方向只與兩種金屬材料的特性和工作端溫度有關(guān),而與熱電極的粗細無關(guān),當(dāng)工作端溫度變化時,熱電動勢也隨著變化,利用這種關(guān)系即可測量出溫度。
測量結(jié)果的計算公式:E被(t)=E標(biāo)證(t)+△e(t)
　　式中:E被(t)-被檢熱電偶在固定點上的熱電動勢值,mV;E標(biāo)證(t)一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書中固定點上的熱電動勢值,mV;△e(t)-分度時測得的被檢和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電動勢平均值的差值,mV。
2數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)JJG75-1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》檢定規(guī)程,用同名極法分度時，被檢熱電偶在各固定點上的熱電動勢采用下式計算:△e(t)=`E數(shù)(t)-`E整(t)
數(shù)學(xué)模型:D=Y1-Y2
靈敏系數(shù):c1=1C2=1
知:u²₂(xi)=c1u²₁+c2u²₂經(jīng)
3測量不確定度來源
(1)熱電偶的復(fù)現(xiàn)性及分散性帶來的不確定度;
(2)熱電偶的年穩(wěn)定度帶來的不確定度;
(3)標(biāo)準(zhǔn)器帶來的不確定度;
(4)電測設(shè)備在測量時帶來的不確定度;
(5)分度過程中熱電偶參考端帶來的不確定度;
(6)轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電勢帶來的不確定度;
(7)標(biāo)準(zhǔn)器及被檢熱電偶的不均勻性帶來的不確定度。
3.1熱電偶的復(fù)現(xiàn)性及分散性帶來的不確定度
　　測量中的不確定度包含了熱電偶的短期復(fù)現(xiàn)性和熱電偶分度爐溫場不均勻帶來影響及熱電偶冷端的變化等因素的共同作用使得多次測量具有分散性。現(xiàn)以各個固定點的短期復(fù)現(xiàn)性作為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
　　一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶通常用兩支標(biāo)準(zhǔn)組熱電偶進行兩次銅點重復(fù)測量,每支測量次數(shù)不少于四次,最后測量值取兩次8組數(shù)據(jù)的平均值作為最終的測量結(jié)果。
 
3.2熱電偶年穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1
　　一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶銅固定點一年內(nèi)最大變化值為4μV,按鉑銠熱電偶變化規(guī)律,在鋁點最大變化值為3.0μV,在鋅點最大變化值為2.2μV,隨使用時間的長短.而不同,符合三角分布k=√6。在銅、鋁、鋅固定點熱電偶年穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
U1(Cu)=4/√6=1.63uV
U1(AI)=3.0/√6=1.22μV
U1(Zn)=2.2/√6=0.90uV
　　它為B類,可靠程度為90%,于是其自由度為:
 
3.3分度裝置中標(biāo)準(zhǔn)器帶來標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2
　　根據(jù)量值傳遞系統(tǒng)表得知,由標(biāo)準(zhǔn)器帶來標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u2(銅)=0.4/2.85x12=1.68μV
u2(鋁)=0.3/2.85x10=1.10pV
u2(鋅)=0.3/2.85x10=1.10μV
符合t分布為B類,自由度為:Y2(銅)=γ2(鋁)=γ2(鋅)=100
3.4電測設(shè)備引起的不確定度u3
　　根據(jù)檢定規(guī)程,檢定一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時,需配備測量精度不低于1x10^-4,分辨力不低于0.1μV的電測設(shè)備。
　　現(xiàn)檢定中使用的電測設(shè)備為71/2數(shù)字電壓表,分辨力為0.01μV。
u3=[0.004%x銅點讀數(shù)+0.0004%x量程]√3=[4x10.575x10^-5+4x10^-6x100]√3=0.48μV
　　按均勻分布，可靠程度為90%,為B類,其自由度
 
3.5不均勻性帶來的不確定度u4
　　標(biāo)準(zhǔn)器和被檢熱電偶的測量端的溫差及因捆扎所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)與被測熱偶工作端接觸差異以及熱偶在管狀爐工作溫場中放置的不重復(fù)性引起的。由于熱電偶在分度測量時是處于一個有溫度梯度的溫場中,因此熱電偶的不均勻性會在有溫差的地方產(chǎn)生-一個測量結(jié)果變化不大于1.5pV熱電勢值。
u4=1.5/3=0.50μV
　　為正態(tài)分布，可靠程度為80%,為B類,其自由度為:ϒ4=12
3.6熱電偶參考端的影響引起的不確定度us
　　分度裝置使用的冰瓶中,冰水混合物種的雜質(zhì)以及測量導(dǎo)線與熱電偶參考端接觸附加電勢都會對測量產(chǎn)生一定的影響。由檢定規(guī)程:插人冰點恒溫其中的所有熱電偶的參考端和銅導(dǎo)線接點溫差≤0.05℃或(0±0.04)℃。
U5=0.05x12√3=0.35μV
　　為均勻分布,可靠程度為80%,為B類,其自由度為:ϒ5=12
3.7轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電勢帶來標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6
　　由于在熱電偶測量時被測熱電偶的測量是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與電測設(shè)備相連,因此轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電勢會直接附加在被測熱電偶的熱電勢上,按檢定規(guī)程要求轉(zhuǎn)換開關(guān)最大寄生電勢≤0.4μV
u6=0.4/√3=0.23pV
　　為均勻分布,可靠程度為80%,為B類,其自由度為ϒ6=12
3.8標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表
 
5擴展不確定度
　　由U95=k×uc,得:P=95,ϒ=100,k=1.98
U(Cu)=1.98×2.47=4.89μV(相當(dāng)于0.41℃)
U(AI)=1.98×1.82=3.60pV(相當(dāng)于0.35℃)
U(Zn)=1.98×1.62=3.21μV(相當(dāng)于0.33℃)
6測量不確定度的報告與表示
　　等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶在三固定點熱電動勢得分度結(jié)果的擴展不確定度為:
銅點:U95=4.89μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.41℃)
鋁點:U95=3.60μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.35℃)
鋅點:U95=3.21μV(k=1.98)(相當(dāng)于0.33℃)