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JJGl41-2000《工業用貴金屬熱電偶檢定規程》,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數學模型
　　根據測量過程及計算公式確定如下數學模型:選校準點1084.62℃,數學模型如下:
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,根據檢定規程以四次測量值作為測量結果
(2)靈敏系數:
 
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)
　　根據檢定規程,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，其有效位數取2位。
標準值:1084.8℃測量值:1084.8℃,
U=1.4℃(k=2)
9小結
　　根據以上評定結論,我們不難發現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控起來才能到達準確測量貴金屬熱電偶的目的。