工作用貴金屬熱電偶測量結果不確定度評定

摘要:影響工作用貴金屬熱電偶測量不確定度因素很多,通過對工作用貴金屬熱電偶測量不確定度的分析研究,總結出影響該類計量器具的各類分量,并通過定量計算可以達到區(qū)別主要測量不確定度分量及次要測量不確定度分量的目的,在實際校準過程中可以視具體情況進行區(qū)別對待。
1前言
　　貴金屬熱電偶的測量在實際工作中比較困難,影響因素較多,如何正確無誤地對貴金屬熱電偶進行測量不確定度分析,使測量結果更加可信,是眾多學者--直研究的課題,本文從貴金屬熱電偶的測量過程開始,逐步分析影響測量貴金屬熱電偶正確性的各類因素,從而得出貴金屬熱電偶的測量不確定度,供各位計量工作者參考使用。測量條件如表1所示:
 
2測量過程
　　測量方法依據(jù)JJGl41-2000《工業(yè)用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》,用雙極比較法進行測量。將一等標準鉑銠10-鉑熱電偶與被校熱電偶同時放入熱電偶檢定爐中待溫度穩(wěn)定后通過測量標準與被校的值，由標準算出實際溫度后通過公式計算得出被校的實際值,以確定被校熱電偶的示值誤差。
3數(shù)學模型
　　根據(jù)測量過程及計算公式確定如下數(shù)學模型:選校準點1084.62℃,數(shù)學模型如下:
e被=et被+(et標-et標)
式中:et被-被校S型熱電偶熱電勢(mV);
et標-標準熱電偶證書中給出的熱電勢(mV);
et被、et標-被校熱電偶和標準熱電偶在校準點所測得算術平均值(mV)
(1)實際測量中,根據(jù)檢定規(guī)程以四次測量值作為測量結果
(2)靈敏系數(shù):
 
4測量不確定度的來源分析
4.1輸入量et被引入的標準不確定度u(e被)的來源分析:
　　輸入量et被是被校系統(tǒng)溫度誤差，其不確定度來源
　　主要有:測量重復性、電測設備、參考端溫度誤差、爐溫變化引入的不確定度。
4.2輸入量et標引入的標準不確定度u(e標)的來源分析:
　　輸入量et標是由標準鉑銠10.鉑熱電偶誤差引入的
不確定度。
4.3輸入量et標引入的標準不確定度u(et標)的來源分析
　　輸入量et標是由標準鉑銠10.鉑熱電偶的測量重復性、電測設備參考端溫度、爐溫變化引入的不確定度。
5測量不確定度的分量評定
5.1輸入量et被引入的標準不確定度u(e被)的評定:
5.1.1測量重復性引入的不確定度u1(A類分量)
　　在校準點穩(wěn)定條件下對被校熱電偶重復10次測量，得到一測量列:單位:mV,如表2:
 
e被=10.5767mV
　　在1084.62℃時的熱電勢為10.5748mV,熱電勢率為11.8QV/℃
　　△t(e被-e分)/S被=0.16℃。則被校溫度測量值為:1084.62+0.16=1084.78℃
單次試驗標準差:S(ei)==0.0018mV
實際測量以4次（m=4）作為測量結果，則平均實驗標準差為：
u1=S(et)/m=0.001mV
換算成溫度u1=0.08℃
5.1.2電測設備引入的不確定度u2(B類分量)
　　本次測量數(shù)字多用表在1084.62℃電動勢所用量程(0~100)mV,基本誤差為:
±(50ppm*Reading+35ppm*Range);
△e=±(50×10^-6×10.57+35X10^-6×100)=±0.0040mV
△e為均勻分布,包含因子取k=3,半寬a=0.004mV,因此,測量儀器引入的不確定度為:u2=a/3=0.0023mV。換算成溫度u2=0.19℃。
5.1.3參考端溫度誤差引入的不確定度ur3(B類分量)
　　參考端溫度采用冰瓶提供,根據(jù)使用說明書,冰瓶的最大允許誤差為+0.1C按均勻分布,取包含因子k=3,半寬a=0.1C,則冰瓶溫度誤差引入的不確定度為:
u3=a/3=0.06C。
5.1.4爐溫變化引入的不確定度u4(B類分量)
　　根據(jù)檢定規(guī)程,熱電偶檢定爐任意兩點間溫度波動不大于0.25℃,按均勻分布,取包含因子k=3,半寬a=0.125℃,則爐溫溫度變化引入的不確定度為:u4=a/3=0.07℃。
5.1.5輸入量e被的標準不確定度u(e被)的計算
由于u1、u2、u3和u4相互獨立,因此,輸入量Ot1引入的標準不確定度計算如下:
 
5.2輸入量et標引入的標準不確定度u(et標)的評定:
　　一等標準鉑銠10.鉑熱電偶,允許基本誤差△t偶=±1℃，按均勻分布,取包含因子k=3,半寬a=1℃,則標準熱電偶允許誤差引入的不確定度為:
us=a/3=0.58
5.3輸入量e標引入的標準不確定度u(e標)的評定:
5.3.1測量重復性引入的不確定度ut(A類分量)
　　在校準點穩(wěn)定的條件下對標準熱電偶重復測量10次,得到一測量列如表3:
 
e標=10.5821mV
　　標準熱電偶在1084.62℃時的熱電勢為10.5804mV，熱電勢率為11.80nV/℃。偏離分度值由△t2=(e標一e標)/S標=(10.5821-10.5804)/0.0118=0.14℃。因此校準點真實溫度為:1084.62+0.14=1084.76℃。
單次試驗標準差為:
 
　　實際以四次測量值作為測量結果，則測量重復性引入的標準不確定度為:
u6=S(ei)/m=0.0003mV
換算成溫度為:u=0.02℃。
5.3.2電測設備引入的標準不確定度u7(B類分量)
　　本次測量數(shù)字多用表在1084.62℃電動勢所用量程(0~100)mV,基本誤差為:+(50ppm*Reading+35ppm*Range);
△e=±(50×10^-6×10.57+35×10^-6×100)±0.0040mV
△e為均勻分布,包含因子取k=3,半寬a=0.004mV,因此,測量儀器引入的不確定度為:
u7=a/3=0.19℃。
5.3.3參考端溫度誤差和爐溫變化引入的標準不確定度u8、u9(B類分量)
　　參考端溫度誤差和爐溫變化引入的標準不確定度參
照被校系統(tǒng)分析,分別為:
u8=a/3=0.06℃
U9=a/3=0.07℃
5.3.4輸入量e標的標準不確定度u(et標)的計算
　　由于u6、u7、u8和u9相互獨立,因此,輸入量e標的標準不確定度按下式計算:
 
6. 合成標準不確定度計算
　　合成標準不確定度計算
　　輸入量△t1△t2彼此獨立互不相關,所以,合成標準不確定度按下式計算:
ue(e標)=[C1u(et被)]²+[C2u(et標)]+C3u(e標)²=0.66℃
7擴展不確定度計算
　　按慣例,取包含因子k=2,擴展不確定度的表達式
為:U=kuc(△t)=0.66×2=1.4℃(k=2)
8測量不確定度報告
　　被校熱電偶測量結果的不確定度用擴展不確定度表示，其有效位數(shù)取2位。
標準值:1084.8℃測量值:1084.8℃,
U=1.4℃(k=2)
9小結
　　根據(jù)以上評定結論,我們不難發(fā)現(xiàn)貴金屬熱電偶的測量需要從多個方面加以控制,只有把以上各類因素全部監(jiān)控起來才能到達準確測量貴金屬熱電偶的目的。