雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值不確定度評(píng)定

摘要:雙金屬溫度計(jì)是-種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表其可以直接測(cè)量中低溫度的蒸汽或氣體介質(zhì)溫度。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)過(guò)程中對(duì)檢測(cè)結(jié)果的不確定度進(jìn)行有效評(píng)定能夠保證測(cè)定結(jié)果精度為工業(yè)生產(chǎn)提供正確的數(shù)據(jù)支持。基于此文章主要對(duì)雙金屬溫度計(jì)測(cè)定值的不確定度評(píng)定進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

0引言

隨著工業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的不斷發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行精度要求也越來(lái)越高。儀器儀表作為工業(yè)生產(chǎn)所必須的儀器設(shè)備之一其儀表測(cè)量結(jié)果的直接影響著工業(yè)生產(chǎn)工藝的運(yùn)行效果。運(yùn)用不確定度的評(píng)定方法對(duì)工業(yè)儀表測(cè)量值進(jìn)行評(píng)定能夠保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重視工業(yè)儀表測(cè)量值的不確定度評(píng)定工作保證評(píng)定結(jié)果的正確性。

1雙金屬溫度計(jì)的工作原理

雙金屬溫度計(jì)具有響應(yīng)速度快、體積小.測(cè)量值穩(wěn)定等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。工業(yè)用雙金屬溫度計(jì)主要是用兩種或多種金屬片疊壓在一起利用不同金屬的熱膨脹系數(shù)不同來(lái)測(cè)定工藝溫度。雙金屬溫度計(jì)可直接用于測(cè)定-80C~+500C范圍內(nèi)的介質(zhì)溫度。

2雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值的不確定評(píng)定

2.1測(cè)量依據(jù)及測(cè)量范圍

以JJG226- -2001《雙金屬溫度計(jì)檢定規(guī)程》為測(cè)量依據(jù),對(duì)- 80C~+300C范圍內(nèi)溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,環(huán)境條件為15-35C相對(duì)濕度≤85%。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表1所示。

為了保證評(píng)定結(jié)果的正確性,當(dāng)測(cè)量范圍小于10C時(shí)可以選用爾等標(biāo)準(zhǔn)的鉑電阻溫度計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器若測(cè)量溫度范圍大于10C時(shí)，可以選用二等標(biāo)準(zhǔn)的水銀溫度計(jì)做主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測(cè)量。雙金屬溫度計(jì)的分類如表2所示。

2.2測(cè)量方法

在溫度計(jì)檢定過(guò)程中技術(shù)人員可以選擇標(biāo)準(zhǔn)的水銀或鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行檢定。在溫度計(jì)檢定過(guò)程中按規(guī)定將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)及校準(zhǔn)溫度計(jì)放入一定溫度的恒溫槽中然后讀取相應(yīng)的溫度數(shù)值。需要注意的是實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)待溫度計(jì)示值穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)"。為了保證溫度計(jì)檢定結(jié)果的可靠性需重復(fù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)獲取相應(yīng)的數(shù)值。然后將校準(zhǔn)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行編號(hào):被檢1-→被檢2...→被檢n等等然后取相反的順序回到標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算被檢溫度計(jì)讀數(shù)的算術(shù)平均值得到標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被檢定/校準(zhǔn)溫度計(jì)的示值從而計(jì)算出被檢定/校準(zhǔn)溫度計(jì)的示值誤差。被測(cè)溫度計(jì)讀數(shù)估計(jì)到分度值的1/10。

2.3測(cè)量檢定模型

在測(cè)量檢定計(jì)算過(guò)程中以下式為模型展開計(jì)算:

v=t-(t'+A)

其中v是被檢定溫度計(jì)示值誤差1為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)示值;A為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的修正值2為被檢定溫度計(jì)的示值。

在雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值不確定度評(píng)定過(guò)程中能夠影響評(píng)定結(jié)果的因素有很多如估讀溫度計(jì)示值的標(biāo)準(zhǔn)引入存在不確定度分量u(t1) ;重復(fù)測(cè)量的引入標(biāo)準(zhǔn)存在不確定度分量u (t2) ;溫度計(jì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(T1) ;恒溫槽溫度波動(dòng)引起的測(cè)量值不確定分量u(T2)恒溫槽溫場(chǎng)不均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)存在不確定分量u (T3)數(shù)字測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(T4)"。

3雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值不確定評(píng)定

首先在該不確定度評(píng)定過(guò)程中其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源之一是由溫度計(jì)的重復(fù)性估讀引入引起的技術(shù)人員可以用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度法進(jìn)行評(píng)定如在100℃恒溫槽內(nèi),測(cè)量范圍對(duì)校定溫度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)分三組進(jìn)行10次連續(xù)測(cè)量則樣本偏差為:

s1=0.12.s2=0.1、s3=0.12其中s 1. s 2. s 3分別為樣本1、樣.本2、樣本3的測(cè)試偏差。將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理得到被測(cè)溫度計(jì)的偏差sp則其中s的單3白位為℃。

其次在輸入量1的不確定評(píng)定過(guò)程中因u(t2)引起的誤差也是影響評(píng)定結(jié)果正確性的另-因素。如對(duì)測(cè)量范圍在0-50℃的雙金屬溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,其精度等級(jí)及分度值分別為1.0級(jí)、1℃。若在50℃的恒溫槽中對(duì)其進(jìn)行檢定按雙金屬溫度計(jì)檢定規(guī)程連續(xù)進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)得到如表3測(cè)量示值。

依據(jù)表3的數(shù)據(jù)利用貝塞爾公式計(jì)算得到的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:

分別進(jìn)行三次獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)則其測(cè)量不確定度:

再次由于溫度計(jì)引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定。在標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定規(guī)程中其溫度計(jì)檢定結(jié)果的修正因子擴(kuò)展不確定度為U95=0.03℃ ,其中,因子kn=2.58 ,則u(T1)=0.03/2.58=0.012℃ ;同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的檢定結(jié)果修正因子的引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(A)其檢定結(jié)果的

最后,恒溫槽溫度波動(dòng)的不確定評(píng)定。通常情況下，恒溫槽溫場(chǎng)的波動(dòng)特定為0.01C/(10min),則其不確定度的區(qū)間半寬為0.005℃ ,對(duì)其進(jìn)行均勻分布處理則u(T2)=0.0005/V 3≈0.003℃。同時(shí),恒溫槽的最大溫差為0.05℃,則因溫場(chǎng)的不均勻性也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，對(duì)其測(cè)量值進(jìn)行不確定度評(píng)定可以用下式進(jìn)行均勻處理:

u(T)=0.025/V 3≈0.015C 其中,0.025是恒溫槽溫場(chǎng)的不確定度區(qū)間半寬。

由于以.上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是相互獨(dú)立的所以,雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值得標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)為u。(y)=0.28℃。在擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算過(guò)程中，因合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度包含的分量比較多其中主要分量的變化為正態(tài)分布，因此輸出量估計(jì)值可近似為正態(tài)分布u(y)的有效自由度估計(jì)值較大當(dāng)包含因子k=2時(shí)則u.(y)的區(qū)間具有的包含概率為95%最終的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

U=ku(y)=0.2℃

4結(jié)束語(yǔ)

總而言之在雙金屬溫度計(jì)測(cè)量值不確定度評(píng)定過(guò)程中利用相關(guān)的檢定規(guī)程及計(jì)算方法能夠得到不確定度取值,從而為溫度計(jì)校準(zhǔn)工作的開展提供了技術(shù)保證。因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)儀器儀表測(cè)量值不確定度評(píng)定工作的研究力度,對(duì)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行多次檢定實(shí)驗(yàn)，保證儀器儀表讀數(shù)的正確性為工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。