工作用貴金屬熱電偶測量審核結果影響因素

摘要：本文通過分析工作用貴金屬熱電偶測量審核過程中的影響因素，對其檢定、校準過程中的一些常見疑問分別在不同的條件下做了相關實驗，得到了多組實驗數據，通過這些實驗數據，把對測得值有影響的幾個因素進行了量化分析，對貴金屬熱電偶的檢定及校準工作具有一定的指導意義。
0引言
      工作用鉑銠10-鉑(S型)鉑銠熱電偶是最常見的一種貴金屬熱電偶,由于其示值穩定性好、測量精度高、耐高溫等特點,被廣泛地應用于各種生產領域。對S型鉑銠熱電偶的檢定、校準也是熱工計量常見的工作之一。在測量審核工作的實施過程中,對測量結果有影響的常見因素進行了分析，并對校準過程中的一些常見疑問分別在不同的條件下做了相關實驗,得到了多組實驗數據,通過這些實驗數據,把影響因素進行了量化分析,對貴金屬熱電偶的檢定及校準工作具有一定的指導意義。
1概述
1.1測量審核計劃編號及樣品的運輸
      樣品運輸箱采用雙層包裝,外層為紙質,內層為儀器箱,中間使用塑料泡沫進行隔震包裝。傳輸樣品時應輕拿輕放。
1.2校準依據
      本次測量審核依據JJG141-2013《工作用貴金屬熱電偶》檢定規程。
1.3校準對象及項目
      本次測量審核對其樣品編號為S16-4950的一-支S型貴金屬熱電偶的鋅、鋁、銅三個固定點的示值誤差進行校準。
1.4校準環境條件
溫度(20+1)C,相對濕度(40~70)%。
1.5測量標準及其配套設備的確認
      為了保護被測樣品在測量過程中不被污染,提出了設備確認,要求檢定爐為管式檢定爐,爐長600mm,內徑應不大于20mm,如果不滿足要求,須在爐內加裝一支同軸清潔瓷管。
測量標準為一等標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定裝置,其主標準器為-等標準鉑銠10-鉑熱電偶，檢定爐為管式檢定爐,爐長600mm,管式爐內爐裝有一支內徑小于20mm的同軸清潔瓷管。主標準器和配套設備完全滿足工作用貴金屬熱電偶檢定的要求。
1.6校準方法
采用比較法中的雙極法:[1-2]
2測量審核實施過程中影響因素的研究
      在測量審核的實施過程中,在不同條件下，對樣品做了多組實驗,獲得了可以相互對比的數據，對在不同測量條件下得到的不同測量結果進行量化分析,得到了幾種對測量結果存在影響的常見因素。
2.1參考端偏離冰點對測量結果造成的影響.
     按照規程規定，校準過程中參考端恒溫器工作區域溫度變化不得大于(0+0.05)℃。在校準時，刨冰機突發故障,由于測量審核規定的時間緊迫,一邊找相關部門維修刨冰機的同時，用其它方法把冰砸成小的碎塊，放人冰桶，制成冰水混合物,但是由于小冰塊的存在,無法達到規程規定的(0+0.05)℃,實測冷端溫度為+0.8℃,進行了測試。獲得了一組測試數據。這時刨冰機已經修好，又重新配制了冰水混合物，在不改變其它條件的情況下,又重新進行了實驗。獲得的兩組測量數據見表1。
 
      由于冷端溫度偏離了+0.8℃,在0℃時換算成電壓為0.8℃x5.4uV/℃=4.32uV,而4.32uV在鋅、鋁、銅的三個固定點換算成溫度分別為:4.32uV+9.64uV/9℃=0.45℃;4.32uV+10.40uV/℃=0.42℃;4.32uV+11.80uV/℃=0.37℃。由于是正偏離,而導致測量系統錯把+0.8℃當成0C而進行計算,這樣會最后測得的數據偏小，誤差負向偏大。從上面的數據還可以看出對低溫影響較大,而隨著溫度升高,微分電動勢也在變大,其倒數逐漸變小，偏離冰點的影響會逐漸減小。如果換算成偏離0.1℃,用上面的計算方法可以算出大約每偏離0.1℃,對測量結果會帶來0.05℃的誤差。
2.2測量端未捆扎對測量結果造成的影響
      按照規程規定,檢定過程中應先用直徑為(0.3~0.5)mm鉑絲或鉑銠絲將標準熱電偶和樣品捆扎成束，再將標準偶和樣品的測量端用直徑為(0.2~0.3)mm的清潔鉑絲捆扎(2~3)圈在一起,捆扎時被檢熱電偶和標準熱電偶的測量端應處于同--垂直平面且相互間接觸良好,測量端之外的電極不應互相接觸。在測量端捆扎和未捆扎，而其它條件不變的情況下進行了實驗,得到實驗數據見表2。
 
      由實驗數據可見，未按照要求進行捆扎時的誤差與按照規程捆扎所測得的誤差有微小的偏離,最大點甚至偏離了0.4℃。這是由于未捆扎時,很難保證熱電偶的測量端完全在檢定爐的同一垂直平面，即使有微小的偏離，也會或多或少地帶來溫差，而這個溫差隨著檢定爐有效溫區質量的不同以及檢定環境的變化，都會給測量結果帶來不同程度的影響。
2.3測量端接線未用單股導線對測量結果造成的影響
      工作用貴金屬熱電偶檢定規程規定，檢定時參考端不得使用補償導線延長，測量連接導線應使用同一卷單芯銅導線,導線的線徑可選取0.7mm左右為好。分別用了0.7mm單芯銅導線和1.0mm多芯優質銅導線在其它條件相同的情況下做了實.驗,實驗數據如表3。
 
      從實驗數據來看,在使用單芯銅導線和多芯優質銅導線兩種條件下,對測量結果幾乎沒有影響。在具體的檢測中，只要所使用導線的電阻足夠小，熱電偶測量端產生的電動勢在導線上損失的電壓降就會很小，以至可以忽略,這樣對測量結果就不會造成較大影響。
2.4管式爐兩端未用隔熱材料密封對測量結果造成的影響
      檢定過程中,一般情況下,管式爐的兩端應該用隔熱材料加以密封以保證溫場的均勻性。對管式爐兩端密封和未密封兩種狀態下,不改變其它測量條件,再次進行了實驗。獲得實驗數據見表4。
 
      由實驗數據可以看到,在對管式爐兩端密封和未加密封兩種情況下，檢定結果并不存在太大差異。但是在實驗過程中,未用隔熱材料密封時，檢定系統穩定的時間明顯加長，而且如果檢定室內有空氣流動，比如開空調、開門等情況,會對系統的穩定時間產生很大的影響，甚至會使系統長時間內難以穩定，無法進行讀數。因此實際檢測過程中，在有條件的情況下，盡量用隔熱材料密封為好，如果不具備條件,或是隔熱材料會對人體健康存在潛在的危害,在滿足檢定環境要求的溫度、濕度前提下，要關好門窗，關閉空調等設施，確保檢定室內空氣沒有相對流動。
3結論
      測量審核結束后,形成測量審核報告,測量審核結果數據見表5。
 
     測量審核結果評價為滿意,因此以上實驗數據和結論正確可靠,具有一定的參考價值。由此可以得出以下結論:
(1)用一等標準鉑銠10-鉑熱電偶校準s型熱電偶時,參考端偏離冰點不能超過規程規定的+0.05℃,否則偏離值會不同程度地附加在測量結果上。
(2)熱電偶的測量端未捆扎,即使測量端處在同一垂直平面上,也會對測量結果帶來或多或少的影響。
(3)測量端未用單股銅導線，而用質量好、電阻小的多股銅導線,對測量結果幾乎沒有太大影響。
(4)管式爐的兩端未用隔熱材料密封，只要保證檢定室內空氣不流動(關閉門窗、空調等通風設施),除了測量系統恒溫時間會相對加長外，對測量結果也幾乎沒有太大影響。