廉金屬熱電偶的不確定度計算

摘要:目前用量最大的廉金屬熱電偶是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，為保證計量性能的正確可靠，采用雙極法對其進行檢定,用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型II級熱電偶,檢定點選取1000℃。文章重點介紹了該檢定方法和示值誤差的不確定度評定。
0引言
　　廉金屬熱電偶指K、N、E、J等熱電偶，此熱電偶一般用于中低溫場所使用，現場使用溫度一般在1200度以下。廉金屬熱電偶是工業生產中最常見的一種熱電偶,目前用量最大的廉金屬熱電偶就是鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)，其用量為其他熱電偶的總和。深切地感受到有了計算機給我們工作帶來的效率,為保證計量性能的正確可靠,和提高工作效率，根據多年工作經驗，介紹一下用雙極比較法檢定K型熱電偶的不確定度分析，其它幾種熱電偶計算方法和K型熱電偶一樣，只需要做一個EXCEL表輸入數值就可。下面我們就用K型熱電偶舉例說明廉金屬熱電偶不確定度的計算。
1概述
　　整套裝置的組成部分包括標準熱電偶、自動掃描開關、冰點恒溫器、熱電偶檢定爐.數字多用表控溫裝置及計算機綜合控制系統組成。其原理是把標準和被檢熱電偶捆扎成一束,對齊其工作端,將其放入檢定爐最高溫度位置，同時在冰點恒溫器中放入參考端,然后把各熱電偶與自動掃描開關用同材質的導線連接起來。為控溫裝置設置檢定點問題，保證爐溫一直在該檢定點溫度左右，此時各熱電偶所測量的爐溫就會在自動掃描開關及數字多用表中顯現出來。因各熱電偶所處在檢定爐內非常接近的位置,所測量的爐溫應該相同,如果不同,則以標準熱電偶為準，兩者之間的差就是被檢熱電偶的誤差,然后根據檢定規程的要求就可以判定被檢熱電偶是否合格。依據JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程,用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定一支K型,I1級熱電偶，檢定點.選取1000℃。
2數學模型
　　依據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶》檢定規程中的計算公式:
 
　　式中各參數代表含義如表1。
　　方差和靈敏系數:
 
3不確定度分量的分析
3.1被檢熱電偶在檢定點的標準不確定度(u)分析
①若被檢熱電偶測量端與標準所在位置存在差異,那么測量就會出現不確定度△e測。
規程要求熱電偶檢定爐工作區域的最大溫差不能大于1℃,在1000℃帶來41μV的誤差,取半區間20.5μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=41/2√3=11.836μV,由此可知其可靠程度為80%,自由度為12。
②若被檢熱電偶參考端與標準所在位置存在差異，那么測量就會出現不確定度△e參。
相關規范標準中要求在冰點恒溫器中放入熱電偶檢參考端，且要求冰點恒溫器工作區域不能大于0.1℃,帶來4.1μV的不確定度,屬于均勻分布,故k=√3,Qe=4.1/√3=2.3672μV,由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
③由于重復多次的測量被檢熱電偶導致的測量不確
定度△e震。
在相同條件下1000℃檢定所分析的K型熱電偶，得
41.32441.32241.3224132541.32041.32541.320
41.32241.32341.325
 
④測量回路的寄生熱電勢可能帶來的測量不確定度
△e回。
　　自動掃描開關的寄生電勢和測量回路的寄生熱電勢不會大于1μV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=1/√3=0.58μV由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
⑤數字多用表測量的不確定度△e數;
　　數字多用表有50mV的測量誤差為6uV,屬于均勻分布,故k=√3,△e測=6/√3=3.464μV
　　由此可知其自由度是50,可靠程度是90%。
　　合成以上五項,結果如下:
 
3.2標準熱電偶在檢定點的標準不確定度(u)分析
①由于標準與被檢熱電偶的測量端、參考端所處位置不-致導致的測量不確定度。
②標準熱電偶隨時間的不穩定(即標準偶在檢定點的證書值可能帶來的測量不確定度△e時
　　規程要求一-等標準鉑銠10-鉑熱電偶的年穩定性5μV,屬于均勻分布,故k=√3,使用一等標準熱電偶時△e測=5/√3=2.887μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
③數字多用表測量的不確定度△e數
　　數字多用表在10mV的測量誤差為4.5uV，屬于均勻分布，故k=3,△e測=4.5/√3=2.598μV,估計其可靠程度為90%,自由度為50。
將以上2項合成
 
3.4擴展不確定度
　　取估計值的置信概率95%。Vveff=70,則k95=t(veff)=2.09。使用一等標準熱電偶時U95=2.09x0.446=0.93℃k95=2.09
4結論
　　通過以上檢定方法的介紹和對其測量結果的不確定度分析,從而實現了U<1/3-MPEV,符合檢定規程要求。這種方法對于其它各種型號等級的廉金屬熱電偶都很適用，通過做一個EXCEL文件,把對應的參數、數值輸入,可以快速的得到各種廉金屬熱電偶的擴展不確定度。