标准热电偶测量结果不确定度评价的几点看法

2016/8/14 15:33:13 人评论 次浏览 分类:计量检定  文章地址:http://jobsreadme.com/tech/568.html

在一等标准热电偶和二等标准热电偶分度中,标准热电偶测量结果不确定度主要来源于以下几个方面:
1、标准器(上级标准热电偶)的不确定度。 
2、电测量仪器的准确度。 
3、检定炉温场的均匀性。 
4、冰点器偏离冰点及温场的均匀性。 
5、测量回路寄生电势。 
6、热电势检定测量结果的重复性。 
 
贵州省计量测试研究院李培国、徐淑兰工程师对上级标准热电偶的不确定度、热电偶稳定性导致的不确定度、热电偶捆扎安装复现性引起的不确定度、参考端温度导致的不确定度和测量回路寄生电势导致的不确定度分量的评定谈几点看法:
1、上级标准热电偶的不确定度
分度一等标准热电偶时,虽然用了两支标准热电偶作为标准器。其分度点上的热电势值 应为两支热电偶证书给出的分度点上对应电势值的平均值,即
                                                          (1)
的不确定度分别为。在不确定度评定时应作为两个分量合成。由不确定度传播律, 的不确定度为
                            (2)
式中C1、C2为灵敏系数。
两支标准组热电偶往往是由同一标准器传递,具有强相关性,相关系数,且。带入式(2)计算可得:
                                                         (3) 
因此,在符合式(3)条件下,分度一等标准热电偶时,虽然用了两支标准热电偶,其不确定度等于一支标准器的不确定度。
分度二等标准热电偶时,使用同一支一等标准热电偶作为标准器,其不确定度包含两个分量,即标准分度是评价结果由证书给出或由检定系统给出的不确定度和标准器稳定性带来的不确定度,二者不相关,其分度不确定度为:
                                          (4)
注意,二者也可作为不确定度单独分量,在最后计算合成不确定度时参与合成。

分度一等标准热电偶时,作为标准器的稳定性已包含在给出的不确定度中,无须再参与合成。

2、热电偶稳定性导致的不确定度
热电偶稳定性是由其在某个分度点上的热电势变化值决定。如S型热电偶规定,一等标准热电偶和二等标准热电偶在铜点热电势变化值分别不大于5μV和10μV。但对于铝点、锌点变化值要小于和远小于该值。因此在评定这项不确定度时以铜点的代替其他点的变化值是比较保守。值得注意的是取值高时造成在通过计算确定的300-1100℃范围内,对400℃特别是300℃不确定度偏高的原因之一。因此可以结合检定周期,最多支热电偶、多个周期进行考核、验证,以经验数据用于实际中。

表征稳定性的电势变化值从理论上讲具有方向性,以数值本身作为半宽。在变化区间内服从正态分布,取概率P=99%,包含因子。如铜点,其不确定度。实际上电势变化一般是向热电势值低的单向变化,因此可取半宽为

3、热电偶捆扎安装复现性引起的不确定度
热电偶捆扎安装复现性 主要是加热炉和冰点器温场不均匀造成,具有不定系统效应的性质,在重复条件下多次测量不能抵偿或消弱。因此,分度时必须考虑这个影响量,可按B类不确定评价。

热电偶最后测量结果是取两组测量结果的平均值作为输出的最佳估计值,其半宽应为。按均匀分布处理,以P=100%的置信概率落在区间内,包含因子。因此这项不确定度分量可表示为:
                                     (5)
由相应标准热电偶检定规程给出,如S型热电偶,一等标准热电偶和二等标准热电偶在各分度点分别为3μV和4μV。由式(5),分别为0.9μV和1.2μV。

这项评定也存在着不同分度点以相同的 值计算不确定度问题,因此,评定中均可采用实际测量的经验数据。

4、参考段温度导致的不确定度
放置S型热电偶参考端的冰点器不仅要考虑其对冰点的偏差(0±△t1℃),而且要考虑空间位置上的温差△t2。当△t1小时,即使用双极法分度,对测量结果的影响也可忽略。主要影响量是△t2,它主要体现在重复性测量。因此每组测量中热电偶参考端位置固定,△t2构成的系统效应△et通过重复测量不能消除。因此,应单独作为一个影响量评定。如S型标准热电偶按规程要求△t2=0.05℃(△t1影响忽略不计),相当于0.27μV。按均匀分布,。其不确定度。另外,对于冰点器温场进行实际测量也是可行的。

5、测量回路寄生电势导致的不确定度
测量回路寄生电势主要由转换开关本体、开关与连接导线、导线与参考端的接触电势构成。尽管开关各部材料相同,连接导线要求同一根导线剪下,其0.1μV级的微小电势仍不可免。由于回路中开关本体和其他部分寄生电势处于同一数量级,因此不能把开关寄生电势作为整个测量回路寄生电势。如规程只给出开关寄生电势允许值,评估师可按其1.5-2倍考虑。也可以对回路进行整体实测。

具有方向性,因其产生主要是由于材料化学成分(包括杂质)的不均匀,各接触部分材质和温度的微小差异使不仅大小不同,而且方向不定。因此,不确定度评价是半宽应为(而不是)。如S型热电偶规程规定,可取回路,按均匀分布,,其不确定度
                             
在标准热电偶分度中测量不确定度评价时,应注意使用累计资料和通过实验获取的资料,不断修正、完善评定结果。以适用所评定的实际数据代替有关技术资料给出的数据。如标准器、转换开关等可用证书给出的数据,热电偶稳定性、捆扎安装复现性可用累计资料,而不必用检定系统或检定规程给出值。

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