工作用貴金屬熱電偶測量結(jié)果不確定度評(píng)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(duì)工作用貴金屬熱電偶測量不確定度的分析研究,總結(jié)出影響該類計(jì)量器具的各類分量,并通過定量計(jì)算可以達(dá)到區(qū)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(shí)際校準(zhǔn)過程中可以視具體情況進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。
1前言
　　貴金屬熱電偶的測量在實(shí)際工作中比較困難,影響因素較多,如何正確無誤地對(duì)貴金屬熱電偶進(jìn)行測量不確定度分析,使測量結(jié)果更加可信,是眾多學(xué)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(jì)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(jù)JJGl41-2000《工業(yè)用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》,用雙極比較法進(jìn)行測量。將一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶與被校熱電偶同時(shí)放入熱電偶檢定爐中待溫度穩(wěn)定后通過測量標(biāo)準(zhǔn)與被校的值，由標(biāo)準(zhǔn)算出實(shí)際溫度后通過公式計(jì)算得出被校的實(shí)際值,以確定被校熱電偶的示值誤差。
3數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)測量過程及計(jì)算公式確定如下數(shù)學(xué)模型:選校準(zhǔn)點(diǎn)1084.62℃,數(shù)學(xué)模型如下:
e被=et被+(et標(biāo)-et標(biāo))
式中:et被-被校S型熱電偶熱電勢(mV);
et標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書中給出的熱電勢(mV);
et被、et標(biāo)-被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在校準(zhǔn)點(diǎn)所測得算術(shù)平均值(mV)
(1)實(shí)際測量中,根據(jù)檢定規(guī)程以四次測量值作為測量結(jié)果
(2)靈敏系數(shù):
 
4測量不確定度的來源分析
4.1輸入量et被引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e被)的來源分析:
　　輸入量et被是被校系統(tǒng)溫度誤差，其不確定度來源
　　主要有:測量重復(fù)性、電測設(shè)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(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e標(biāo))的來源分析:
　　輸入量et標(biāo)是由標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10.鉑熱電偶誤差引入的
不確定度。
4.3輸入量et標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(et標(biāo))的來源分析
　　輸入量et標(biāo)是由標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10.鉑熱電偶的測量重復(fù)性、電測設(shè)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(píng)定
5.1輸入量et被引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e被)的評(píng)定:
5.1.1測量重復(fù)性引入的不確定度u1(A類分量)
　　在校準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定條件下對(duì)被校熱電偶重復(fù)10次測量，得到一測量列:單位:mV,如表2:
 
e被=10.5767mV
　　在1084.62℃時(shí)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差:S(ei)==0.0018mV
實(shí)際測量以4次（m=4）作為測量結(jié)果，則平均實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：
u1=S(et)/m=0.001mV
換算成溫度u1=0.08℃
5.1.2電測設(shè)備引入的不確定度u2(B類分量)
　　本次測量數(shù)字多用表在1084.62℃電動(dòng)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(jù)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(jù)檢定規(guī)程,熱電偶檢定爐任意兩點(diǎn)間溫度波動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e被)的計(jì)算
由于u1、u2、u3和u4相互獨(dú)立,因此,輸入量Ot1引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算如下:
 
5.2輸入量et標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(et標(biāo))的評(píng)定:
　　一等標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(e標(biāo))的評(píng)定:
5.3.1測量重復(fù)性引入的不確定度ut(A類分量)
　　在校準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定的條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶重復(fù)測量10次,得到一測量列如表3:
 
e標(biāo)=10.5821mV
　　標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在1084.62℃時(shí)的熱電勢為10.5804mV，熱電勢率為11.80nV/℃。偏離分度值由△t2=(e標(biāo)一e標(biāo))/S標(biāo)=(10.5821-10.5804)/0.0118=0.14℃。因此校準(zhǔn)點(diǎn)真實(shí)溫度為:1084.62+0.14=1084.76℃。
單次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為:
 
　　實(shí)際以四次測量值作為測量結(jié)果，則測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u7(B類分量)
　　本次測量數(shù)字多用表在1084.62℃電動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度參
照被校系統(tǒng)分析,分別為:
u8=a/3=0.06℃
U9=a/3=0.07℃
5.3.4輸入量e標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(et標(biāo))的計(jì)算
　　由于u6、u7、u8和u9相互獨(dú)立,因此,輸入量e標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計(jì)算:
 
6. 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算
　　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算
　　輸入量△t1△t2彼此獨(dú)立互不相關(guān),所以,合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計(jì)算:
ue(e標(biāo))=[C1u(et被)]²+[C2u(et標(biāo))]+C3u(e標(biāo))²=0.66℃
7擴(kuò)展不確定度計(jì)算
　　按慣例,取包含因子k=2,擴(kuò)展不確定度的表達(dá)式
為:U=kuc(△t)=0.66×2=1.4℃(k=2)
8測量不確定度報(bào)告
　　被校熱電偶測量結(jié)果的不確定度用擴(kuò)展不確定度表示，其有效位數(shù)取2位。
標(biāo)準(zhǔn)值:1084.8℃測量值:1084.8℃,
U=1.4℃(k=2)
9小結(jié)
　　根據(jù)以上評(píng)定結(jié)論,我們不難發(fā)現(xiàn)貴金屬熱電偶的測量需要從多個(gè)方面加以控制,只有把以上各類因素全部監(jiān)控起來才能到達(dá)準(zhǔn)確測量貴金屬熱電偶的目的。