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二等标注热电偶测量不确定度评定

时间:2015-09-21 07:23来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
二等标准热电偶分度采用同名极比较法,测量误差直接传递到下级温度计量器具,二等标准热电偶测量不确定度是衡量是否满足检定廉金属热电偶的条件。通过对二等标注热电偶测量不确定度评定,可比较测量水平。 二等标准热电偶测量结果主要用于检定、校准工作用热
二等标准热电偶分度采用同名极比较法,测量误差直接传递到下级温度计量器具,二等标准热电偶测量不确定度是衡量是否满足检定廉金属热电偶的条件。通过对二等标注热电偶测量不确定度评定,可比较测量水平。
二等标准热电偶测量结果主要用于检定、校准工作用热电偶,其测量结果的可靠性直接影响工业检测的准确性,直接关系到控制系统的控制可靠性。目前分度二等标准热电偶采用双极比较法和同名极法,本文主要对采用同名极法分度的热电偶测量结果可靠性进行分析评定,对工业计量具有指导作用。
1、测量方法及依据
依据JJG 75-1995《标注铂铑10-铂热电偶》检定规程,将1支一等标热电偶与被检的二等标准热电偶捆扎成束,同轴置于管式检定炉温度最高处,在金属锌凝固点(419.527℃)、铝凝固点(660.323℃)和铜凝固点(1084.62℃)处分别用比较法进行测量。以两次测量结果的平均值作为最后的检定结果,且两次测量结果的平均值作为最后的检定结果,且两次测量结果的差值不超过4μV,同时锌、铝、铜凝固点的热电势偏差应满足规程要求。
2、建立数学模型
                  
二等标准热电偶测量不确定度数学模型 
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式中 为被检热电偶热电势值,mV; 为标准热电偶证书给出的热电动势值,mV; 为分度时被检热电偶与标准热电偶正极产生的热电动势平均值,mV; 为分度时测得的被检热电偶与标准热电偶负极的热电动势平均值,mV。
根据方差公式,其灵敏度为:

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3、标准不确定度分量评价
3.1 输入量
的标注不确定度 评定
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输入量的标注不确定度主要来源于一等标准热电偶的测量不确定度,根据检定证书及有关技术资料,标准热电偶在锌、铝、铜凝固点的标准不确定度为:
   
           
估计值的不可靠性为10%,自由度 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
3.2 输入量
的标准不确定度 评定
输入量的标准不确定度主要来源于标准测量重复性、电测设备、转换开关寄生电势、检定炉温场波动、检定炉温场不均匀性、热电偶参考端温度及人员操作等因素。
3.2.1 热电偶测量重复性引入的标准不确定度
评定
热电偶测量重复性引入的标准不确定度采用A类方法评定,选1支二等标准热电偶在锌、铝、铜三点重复条件下重复检定六次,根据规程计算锌、铝、铜三点的热电动势值。根据贝塞尔公式计算实验标准差S

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平均值的实验标准差S=0.16μV、S=0.385μV、S=0.328μV;标准不确定度
  ; ;自由度
3.2.2 电测仪器在测量标准热电偶电势时引入标准不确定度 评定
根据UJ51使用说明书及检定证书,直流电位差计测量热电动势时产生的误差为: 。
服从正态分布,包含因子 在锌、铝、铜凝固点标准不确定度分别为: 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
 
 
   
估计值的不可靠性为零,自由度 。 
3.2.3 测量标准热电偶时检定炉炉温变化引入的标准不确定度 评定
根据规程规定,炉温变化应小于0.1℃/min,循环读取4组数据,估计每支被检热电偶含0.2℃的变化影响,取半区间,反正弦分布。
 
 
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估计值的不可靠性为10%,自由度

3.2.4 扫描开关寄生电势在测量标准热电偶时引入的标准不确定度 评定
根据检定规程规定,转换开关的寄生电势应≤0.4μV,实际最大测量值为0.28μV,服从均匀分布。
  
估计值的不可靠性为10%,自由度
3.2.5 测量标准热电偶时参考端温度偏离引入的标准不确定度 评定 本文来自www.eadianqi.com
根据检定规程规定,插入冰点恒温器中的所有热电偶的参考端和铜导线的接点间的温差应不超过±0.05℃,服从均匀分布。
 
其不可靠性为10%,自由度
3.2.6 测量标准热电偶时检定炉温场均匀性引入的标准不确定度 评定
根据检定规程规定,检定炉温场的温度梯度应≤0.4℃/cm,通过将标准热电偶与被检热电偶测量端的捆扎,可以使转炉的热电偶束工作端面保持在1cm的直径范围内。取半区间为0.2℃/cm,服从均匀分布。
 ,约1.26μV。
其不可靠程度为10%,自由度自动控制网www.eadianqi.com版权所有
3.2.7 人员操作引入的标准不确定度 
检定人员操作产生的标准不确定度,反映在两次分度被检热电偶检定结果中,根据检定规程规定,对于二等标准热电偶,二次检定结果差值不超过4μV,半区间为2μV,服从均匀分布。
  
估计值的不可靠性为20%,自由度 。
3.3 输入量的标准不确定度 评定
3.3.1 电测设备在测量被检热电偶电势时引入标准不确定度 评定

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根据UJ51使用说明书及检定证书,直流电位差计测量热电动势时产生的误差为: 。服从正态分布,包含因子 锌、铝、铜凝固点标准不确定度分别为:
 
 
   
估计值的不可靠性为零,自由度 。
3.3.2 测量被检热电偶时检定炉炉温变化引入的保准不确定度 评定

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根据检定规程规定,检定时检定炉温度变化应小于0.1℃/min,循环读取4组数据,估计每支被检热电偶含0.2℃的变化影响,去半区间,反正弦分布。
 
 
 
估计值的不可靠性为20%,自由度 。
3.3.3 扫描开关寄生电势引入的标准不确定度 评定
转换开关的寄生电势应≤0.4μV,实际最大测量值为0.28μV,服从均匀分布。
 

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估计值的不可靠程度为25%,自由度
3.3.4 参考端温度变化引入的标准不确定度 评定
插入冰点恒温器中的所有热电偶的参考端和铜导线的接点间温差应不超过±0.05℃,在0℃处温度变化率为0.005mV;约0.25μV,服从均匀分布。
  
估计值的不可靠性为10%,自由度
3.3.5 测量被检热电偶时检定炉温场均匀性引入的标准不确定度 评定
检定炉温场的温度梯度应≤0.4℃/cm,通过将标准热电偶与被检热电偶测量端的捆扎,可以使装炉的热电偶束工作端面保持在1cm的直径范围内。取半区间为0.2℃/cm,服从均匀分布。 本文来自www.eadianqi.com
 
估计值的不可靠程度为10%,自由度 。
3.4 合成自由度计算
 
3.5 有效自由度计算
 
3.6 扩展不确定度
取置信概率P=95%,有效自由度 ,查t分布表 
 
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4、不确定度报告
通过以上技术评定和分析,一等标准热电偶标准装置的测量不确定度小于10μV,符合JJG 75-1995《标注铂铑10-铂热电偶》检定规程要求。

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