工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢測系統(tǒng)測量不確定度評估

摘要:文章介紹了工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢測系統(tǒng)測量不確定度的評估,并得出結(jié)論。
1概述
1.1測量依據(jù):依據(jù)JJG229-2010《工業(yè)鉑銅熱電阻檢定規(guī)程》。
1.2測量方法:用比較法將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與被檢熱電阻同時(shí)置于0℃冰點(diǎn)槽或100℃恒溫槽中,待溫度穩(wěn)定后,通過測量標(biāo)準(zhǔn)與被檢的電阻值,由標(biāo)準(zhǔn)算出實(shí)際溫度,然后通過公式計(jì)算得出被檢的實(shí)際值R(t)。
1.3測量標(biāo)準(zhǔn):二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)(0~419.275)℃。
1.4電測設(shè)備:熱電阻溫度計(jì)自動(dòng)檢定裝置。
1.5被測對象:AA級工業(yè)鉑熱電阻(-50~+250)℃
分度號(hào):Pt100。.
1.6評定結(jié)果的使用:
　　在符合.上述條件下的測量結(jié)果,一般可直接使用本.不確定度的評定結(jié)果。
2.冰點(diǎn)（0℃）不確定度分析
2.1數(shù)學(xué)模型
 
　　將微小變量用不確定度代替,合成后可得方差
 
2.2靈敏系數(shù)
c1=1,c2=1,C3=-1。
2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的來源與計(jì)算
2.3.1utri項(xiàng)引入的不確定度分量
(1)檢定重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1.I
　　在本檢定系統(tǒng)中用同一支標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和同一支被檢AA級鉑熱電阻作試樣檢3次,用極差法考核其重復(fù)性,經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出最大差值為3mΩ以內(nèi)。通道間偏差以阻值計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2mΩ,加上通道間差異,重復(fù)性為5mΩ,即0.0139℃,則u1.1=0.013+1.69=0.00779℃
(2)冰點(diǎn)器(恒溫槽)溫場不均勻性引人的不確定度u1.2
0℃:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),冰點(diǎn)混合物由于雜質(zhì)含量等原因，0℃的偏差為+0.01C,取均勻分布,半寬度a=0.01℃,故:
 
(3)由電測儀器測量被檢所引人的不確定度分量u1.3
　　本系統(tǒng)用的為精度高7位半多用表2010
0℃測量時(shí),被檢電阻應(yīng)該在100Ω左右,,此時(shí)數(shù)字表精度位:
100x10^-7x讀數(shù)+40x10^-7x量程
電測儀器引人誤差半寬為
100x10^-7x100+40x10^-7x100=0.0014Ω
用溫度表示:半寬a=0.0036℃
服從均勻分布,即
 
(4)由被檢的自熱效應(yīng)所引人的不確定度分量u1.4
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),0℃與100℃自熱效應(yīng)估算比較相近，以半?yún)^(qū)間估計(jì)為
2mΩ約等于5mk,可看作兩點(diǎn)分布,所以
u1.4=5/1=5mK=0.005℃.
 
2.3.2utr0項(xiàng)引人的不確定度分量u2
　　依據(jù)JJC160-2007檢定規(guī)程,二等鉑電阻溫度計(jì)的R*tp值在水三相點(diǎn)多次分度之差不允許超過5.0mK,服從均勻分布,得:
 
2.3.3utri*引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3.1
(1)電測儀器測標(biāo)準(zhǔn)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3.1
　　由于要求用同一設(shè)備測量標(biāo)準(zhǔn)的R*tp與Rt*,用W=R*t;/R*tp來計(jì)算溫度,因此而且R*tp與R*t相關(guān),所以計(jì)算結(jié)果得此項(xiàng)不確定度約等于0.001mK,與其他分量相比，可以忽略不計(jì)。
(2)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的自熱影響引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3.2
　　依據(jù)JJG160-2007檢定規(guī)程,二等鉑電阻溫度計(jì)的自熱效應(yīng)不得超過4mK,服從均勻分布
 
因此u3=0.0012℃
2.4.0℃點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表
 
2.5合成不確定度
 
2.6擴(kuò)展不確定度
　　取置信因子k=2時(shí),得擴(kuò)展不確定度:U=kuc
0℃:U=2x0.011=0.022℃
3.100℃點(diǎn)不確定度分析
3.1數(shù)學(xué)模型
 
式中:R(100)-被檢熱電阻在100℃點(diǎn)的測得值,Ω;
Rb一被檢熱電阻在100℃點(diǎn)附近的測得值,Ω;
R*b一標(biāo)準(zhǔn)器的測得值,Ω;
W*100一標(biāo)準(zhǔn)器證書上的比值;
W*b一標(biāo)準(zhǔn)器在100%點(diǎn)測得的阻值R*b與同一電，測實(shí)測得的R*tp值之比;
R*tp一檢定時(shí)用系統(tǒng)所配電測儀器實(shí)測得標(biāo)準(zhǔn)器的水三相點(diǎn)值,Ω。
3.2靈敏系數(shù)
c1=1,c2=-97.93
3.3.Rb引入的不確定度分量u1
3.3.1測量重復(fù)性
　　在本檢定系統(tǒng)中用同一支標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和同一支被檢AA級鉑熱電作試樣檢3次,用極差法考核其重復(fù)性,經(jīng)實(shí)驗(yàn)最大差值為7mQ以內(nèi)。通道間偏差以阻值計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2mΩ,加上通道間差異,重復(fù)性為9mΩ,即0.024℃,則
u1.1=0.024+1.69=0.014℃
3.3.2溫場均勻性的影響u1.2
(1)恒溫槽水平均勻性的影響
　　恒溫槽水平均勻性為0.01℃,以標(biāo)準(zhǔn)器所在孔位為基點(diǎn),以半?yún)^(qū)間等概率分布計(jì)人,則有
 
(2)溫場的變化波動(dòng)影響
　　根據(jù)本系統(tǒng)熱電阻的溫特性為0.04℃/10min,以測量時(shí)間為5min變化計(jì)為0.02℃,以標(biāo)準(zhǔn)器為基點(diǎn)在被檢項(xiàng)上有半?yún)^(qū)間、均勻分布的不確定,即
 
3.3.3電測設(shè)備測被檢引入的不確定度分量u1.3
　　此時(shí)被檢電阻阻值應(yīng)在138.51Ω附近，數(shù)字表用1KN檔,所以有
100x10^-7x138.51+1000x10^-7x10=0.0023850
用溫度表示:半寬a=0.0064℃
服從均勻分布即u1.3=0.0064+√3=0.0037℃
3.3.4被測的自熱效應(yīng)影響u1.4
　　在沸點(diǎn)由于溫度較高,根據(jù)試驗(yàn)觀察，外部熱效應(yīng)影響較小,但被檢的阻值較大,內(nèi)部熱效應(yīng)有一定程度的增大,故仍可按0℃點(diǎn)的估算
u1.4=5/1=5mK=0.005℃
 
3.4.W*b引人的不確定度u2
　　該項(xiàng)是檢定時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)器在檢定點(diǎn)b.上的測量所包含的不確定度來源。
3.4.1電測儀器測標(biāo)準(zhǔn)的Rb時(shí)引人的不確定度分量u2.1
　　因?yàn)榇藭r(shí)電測設(shè)備仍用100Ω檔,由于要求用同一設(shè)備測量標(biāo)準(zhǔn)的R*tp與R*t,用W=Rt*/Rtp*來計(jì)算溫度,因此Rtp*與R*t;相關(guān),對W=R*t/R*tp全微分,有
 
3.4.2標(biāo)準(zhǔn)器R*tp檢定過程的變化引人的不確定度u2.2
　　檢定工業(yè)鉑熱電阻過程并不要求每次測量完后即檢水三相點(diǎn)值。所以該變化的影響將直接帶人計(jì)算結(jié)果中。該變量以合格的標(biāo)準(zhǔn)器在檢定過程中的允許變化量5mK計(jì),換算成W值即1.995x10^-5以半?yún)^(qū)間計(jì)人,均勻分布,則
 
3.5直接引人W*100計(jì)算引起的不確定度分量u3
　　根據(jù)我國中溫量傳系統(tǒng)頒布數(shù)據(jù),二等標(biāo)準(zhǔn)器的W*100的變化轉(zhuǎn)換為溫度值不超過3.6mK
 
3.6.100℃點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)不確定一覽表
 
3.8擴(kuò)展不確定度
　　取置信因子k=2時(shí),得擴(kuò)展不確定度:U=kuc
100℃:U=2x0.017=0.034℃
4對使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)AA級
　　工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì)的測量不確定度評估依據(jù)JJC229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》規(guī)定,需校準(zhǔn)0℃、100℃共2個(gè)點(diǎn)。其測量不確定度見表3:
 
5校準(zhǔn)和測量能力(CMC)
　　AA級工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì)是使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)可校準(zhǔn)的校工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì),因此該項(xiàng)目的CMC為:
09℃,U=0.022℃;100℃，U=0.034℃