工業(yè)熱電偶測量結(jié)果不確定性分析與應(yīng)用

摘要:工業(yè)熱電偶在儀器儀表行業(yè)中屬于傳感器系列，用于工業(yè)溫度測量，作為現(xiàn)代測量工具之一，它的質(zhì)量決定了測量溫度的精度。檢定熱電偶測溫的正確性，需要測定其穩(wěn)定性等指標(biāo)。
傳統(tǒng)的熱電偶檢定采用人工方法，對熱電偶進(jìn)行插入、計(jì)數(shù)、檢定數(shù)據(jù)等工序，耗費(fèi)時(shí)間長且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。取而代之的是由計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備組成的自動(dòng)檢定系統(tǒng)。除了捆綁、插入等工序還需要人工操作之外，其他均采用了自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅解決了勞動(dòng)力強(qiáng)度高的問題，還保證了數(shù)據(jù)處理和判定的正確性。案例采用熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)對DN50熱電偶進(jìn)行不確定性評定，外圍設(shè)備包括標(biāo)油槽、冷端補(bǔ)償器等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集分析、鑒定結(jié)果輸出等自動(dòng)化處理。
1熱電偶自動(dòng)檢定設(shè)備配套設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)
(1)數(shù)字多用表為被檢熱電偶的熱電動(dòng)勢，檢定誤差為正負(fù)0.0025%,每月示值誤差會(huì)增加，需要每年檢定一次。
(2)管式爐，用于設(shè)置熱電偶需要的測量端測溫點(diǎn)溫度，溫差不會(huì)大于1攝氏度。
(3)冰點(diǎn)恒溫器，用于測量熱電偶參考端溫度，誤差在正負(fù)0.2攝氏度之間。
(4)掃描開關(guān)，接觸熱點(diǎn)動(dòng)勢與測量系統(tǒng)配套的掃描開關(guān)。
(5)冷端補(bǔ)償器:可長期保持極高冷端溫度補(bǔ)償?shù)木取?br />  
2被測量熱電偶的技術(shù)指標(biāo)
　　被測量熱電偶DN50采用的原料成份為鎳鉻、鎳規(guī)，檢定溫度點(diǎn)分別為400、800攝氏度。要求誤差不能超過2.5攝氏度，允差取最大值。
3測量過程和方法
3.1檢定準(zhǔn)備階段
　　將熱電偶的測量端均勻圍繞細(xì)鎳鉻絲，將捆扎好的熱電偶裝入管式爐內(nèi)，熱電偶測量端放置于管式爐的最高溫區(qū)中心，安放好后，連接熱電偶、數(shù)字多用表、轉(zhuǎn)換器等的電源線、通訊線等，將補(bǔ)償導(dǎo)線插入冷端補(bǔ)償器中，送電檢定。
3.2檢定
　　打開微機(jī)控制掃描，微機(jī)掃描系統(tǒng)開始讀取熱電偶的爐溫，從多用表開始讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，對熱電偶的升溫狀態(tài)逐一進(jìn)行檢查。待全部設(shè)定溫度檢查完畢后，在微機(jī)上預(yù)覽檢測數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果，打印出紙質(zhì)報(bào)告。
3.3計(jì)算
　　在對熱電偶的熱點(diǎn)測量端的溫度點(diǎn)、參考端的熱電動(dòng)勢進(jìn)行檢定后，就會(huì)得出DN50鉑銠熱電偶的測量數(shù)值。數(shù)字多用表提供檢定爐的各個(gè)測量溫度點(diǎn)的熱量值，冰點(diǎn)恒定器提供零攝氏度的冰點(diǎn)溫度”。
3.4不確定度來源
　　DN50熱電偶采用的測量結(jié)果是由微機(jī)自動(dòng)采集，不存在人工誤讀的情況，同時(shí)，除了將熱電偶放置在管式爐的過程是屬于人工行為，其他的測量端、參考端、溫度場的熱量調(diào)節(jié)均有系統(tǒng)自動(dòng)測算。測量環(huán)境滿足了電測儀表的環(huán)境要求,溫度保持在24攝氏度左右，相對濕度在50到80%RH之間，檢定室的溫度和濕度也在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值范圍內(nèi)。因此環(huán)境因素不會(huì)給測量結(jié)果帶來不確定性。
3.5不確定性評定
　　不確定度性要表現(xiàn)為被測熱電偶的測量值重復(fù)性、數(shù)字多用表的計(jì)算錯(cuò)誤、檢定溫度場的溫度不均勻、測量回路電勢以及熱電偶的參考端不均勻等。
3.5.1參考端溫度不為零的不確定度
　　熱電偶測溫原理，要求熱電偶參考端溫度應(yīng)恒定，--般恒定在0℃。如果不是0'C，甚至是波動(dòng)的，原因有可能是插入爐內(nèi)用于測溫的熱電偶，被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱，而熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí)，因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。
3.5.2輸入量引入的不確定度
　　輸入量的不確定度是由二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分度值和其他不穩(wěn)定性造成的。
3.5.3熱電偶分度值不確定性
　　將DN50作為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠熱電偶的不確定性引入任意檢定標(biāo)準(zhǔn)，可以推算出標(biāo)準(zhǔn)不確定度，按照此類標(biāo)準(zhǔn)來評定，顧及出相對不確定度為零。
3.5.4由檢定爐分布均勻引起的不確定分析，是由于檢定爐內(nèi)的溫差不均勻，導(dǎo)致測定溫度的分量呈現(xiàn)不同整百度點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。
3.5.5由測量寄生回路電勢引起的不確定性，是由于微機(jī)開關(guān)接觸熱電動(dòng)勢的不確定度造成了不同整百度點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。采用此類方法進(jìn)行評定，則熱電偶參考端溫度呈現(xiàn)不均勻的數(shù)值結(jié)果。
4效果評價(jià)
　　通過對DN50熱電偶自動(dòng)檢定，我們得出以下結(jié)論，各個(gè)分量值的作用是不同的，如數(shù)字多用表在測量過程中引入的不確定度分量是最大的，而掃描開關(guān)對熱電偶的測量不確定度是最小的。因此要提高自動(dòng)化檢測系統(tǒng)的檢測正確率，就要選擇更高等級的數(shù)字多用表。本次自動(dòng)檢定測量結(jié)果中經(jīng)過溫度檢定部門和上級計(jì)量部門]檢定雙重檢定對比，得出的測量結(jié)果之差是小于擴(kuò)展不確定度的，這也充分證明了本次測量的系統(tǒng)是可以通過驗(yàn)證的。
5結(jié)束語
　　通過以DN50熱電偶為參考的檢定試驗(yàn)我們得出了一個(gè)結(jié)論，電測系統(tǒng)的測量誤差與熱電偶自身、檢定爐、參考端溫度場等都有關(guān)系，這也是熱電偶測量不確定性的主要來源。因此提高系統(tǒng)的檢測水平，不僅要注意提高檢測儀表和熱電偶的精度等級，還要加強(qiáng)日常定期的檢修和校準(zhǔn)，這些是對設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障措施。