劉旭棟

(中國人民解放軍第5719廠， 成都 611936)

鉑銠10-鉑熱電偶測量結(jié)果的不確定度評定

劉旭棟

(中國人民解放軍第5719廠， 成都 611936)

熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)換為電勢的一種感溫元件，檢測過程是通過電測儀器測量其熱電勢值，得到的測量結(jié)果不可避免地具有不確定度。根據(jù)測量不確定度評定與表示理論，針對檢測過程中影響測量結(jié)果的因素，分析了工作用鉑銠10-鉑(S分度)熱電偶測量不確定度的來源，評定了各分量引入的標準不確定度，得出了測量結(jié)果的擴展不確定度。要確保檢測過程嚴格按標準方法進行測量，減少或排除隨機的影響因素，提高測量結(jié)果的準確性和可靠性。

熱電偶；測量結(jié)果；不確定度；評定

熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)和科研等過程中最常用的測量溫度的傳感器之一，工作用鉑銠10-鉑熱電偶作為標準化熱電偶，具有測量精度高、測量溫度高、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點[1]，在溫度測量領(lǐng)域被廣泛使用。

一切測量結(jié)果都不可避免地具有不確定度，測量不確定度是評估測量水平的指標，是判斷測量結(jié)果的依據(jù)[2-3]。通過對鉑銠10-鉑熱電偶測量結(jié)果的測量不確定度的評定，可以提高測量結(jié)果的可靠性，增強測量結(jié)果之間的可比性。

1 測量與計算

1.1 主要計量標準及設(shè)備

1)測量依據(jù)。JJG141-2013《工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》[4]。

一級標準鉑銠10-鉑熱電偶測量范圍：419.527 ℃～1 084.620 ℃

2)熱電偶檢定爐。爐內(nèi)溫度最高點偏離爐子幾何中心不大于20 mm，溫度最高點±20 mm內(nèi)有溫度變化梯度≤0.4 ℃/10 mm的均勻溫場。

1.2 測量

將一級標準鉑銠10-鉑熱電偶和工作用鉑銠10-鉑熱電偶捆扎在一起，確保測量端在同一垂直截面上，放入管式熱電偶檢定爐，用雙極比較法在鋅點(419.527 ℃)、鋁點(660.323 ℃)、銅點(1 084.620 ℃)三個固定點進行校準。

Ⅱ級工作用鉑銠10-鉑熱電偶測量次數(shù)不少于2次。其順序為標準→被檢1→被檢2→被檢n，再按相反的順序回到標準，分別計算算術(shù)平均值，得到標準和被校熱電偶的示值。

2 不確定度來源

U=kuc=2uc

uc= [u(t1)2+u(t2)2+u(t3)2+u(t4)2+u(t5)2+u(t6)2+u(t7)2]1/2

3 各不確定度分量的評定

3.1 被檢熱電偶重復(fù)性引入的標準不確定度u(t1)

因在任一溫度點測量時，被校熱電偶重復(fù)性情況類似，故對其在任一溫度點進行重復(fù)性情況的分析，可代表其在其他溫度點重復(fù)性情況的分析，現(xiàn)以1 084.620 ℃溫度點測量情況分析評定。

用一級標準鉑銠10-鉑熱電偶作為測量標準，測量Ⅱ級鉑銠10-鉑熱電偶，在 1 084.620 ℃溫度點的熱電勢進行10次等精度重復(fù)測量，測得被校熱電偶數(shù)據(jù)為(單位：mV)：10.561、10.562、10.562、10.561、10.561、10.563、10.563、10.562、10.561、10.561。其不確定度為：

3.2 測量儀器誤差引入的標準不確定度u(t2)

3.3 溫場均勻性引入的標準不確定度u(t3)

3.4 測量回路寄生電勢引入的標準不確定度u(t4)

3.5 參考端溫度均勻性引入的標準不確定度u(t5)

3.6 標準熱電偶測量結(jié)果引入的標準不確定度u(t6)

3.7 標準熱電偶年不穩(wěn)定性引入的標準不確定度u(t7)

在檢定合格有效期內(nèi)的一級標準鉑銠10-鉑熱電偶，其年熱電勢變化(不穩(wěn)定性)為5μV[8]，區(qū)間半寬度為2.5μV，為正態(tài)分布，k=3，不確定度為：

u(t7)=2.5/3≈0.83 μV

4 擴展不確定度計算

綜上所述，將各不確定度分量匯總，見表2。

表2 各不確定度分量匯總表 μV

以上各項彼此獨立不相關(guān)，工作用鉑銠10-鉑熱電偶測量時的測量結(jié)果的合成標準不確定度為：

uc=[u(t1)2+u(t2)2+u(t3)2+u(t4)2+u(t5)2+u(t6)2+u(t7)2]1/2=3.93μV

U= 2uc= 2×3.93 =7.86 μV

經(jīng)查常用熱電偶分度表，可知熱電偶在銅點(1 084.62 ℃)的微分電勢值為11.8 μV/ ℃[9-10]，將擴展不確定度U換算成溫度值，得：

U=7.86 μV ÷11.8 μV/℃≈0.67 ℃

5 結(jié)束語

通過對工作用鉑銠10-鉑熱電偶測量結(jié)果的不確定度評定，擴展不確定度U為0.67 ℃，Ⅱ級鉑銠10-鉑熱電偶的允許偏差為±2.7 ℃，則其比值為：

符合量傳要求。

同時，通過評定分析可知，影響測量結(jié)果的因素較多，其中，溫場均勻性和標準熱電偶測量結(jié)果的影響最大。因此，在檢測過程中應(yīng)嚴格按標準方法進行測量，減少或排除隨機的影響因素，提高測量結(jié)果的準確性和可靠性。

[1]劉常滿.溫度測量與儀表維修問答[M].北京：中國計量出版社，2000：141-142.

[2]李正東.測量不確定度評估簡明教材[M].北京：中國計量出版社，2010：3-4.

[3]葉德培，趙峰，施昌彥，等.測量不確定度評定與表示(JJF1059.1-2012)[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4]陳桂生，付志勇，劉旭棟，等.工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程(JJG141-2013)[S].北京： 國家質(zhì)檢總局，2013.

[5] 宣安東.實用測量不確定度評定及案例[M].北京：中國計量出版社，2007：482-486.

[6] 劉常滿.熱工檢測技術(shù)[M].北京：中國計量出版社，2005：54-56.

[7]中國合格評定國家認可委員會. 測量不確定度要求的實施指南(CNAS-GL05)[S].2011.

[8]鄭芳.標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定規(guī)程(JJG75-1995)[S].北京：中國計量出版社，1995.

[9]朱家良，盧仲碧，李元.數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀檢定規(guī)程(JJG617-1996)[S].北京：中國計量出版社，2004.

[10]李吉林.常用熱電偶、熱電阻分度表[M].北京：中國計量出版社，1998：10-11.

Uncertainty Evaluation of the Mensurement Results from Pt-Rh-10 Thermocouple

LIU Xudong

(No.5719 Factory of PLA，Chengdu 611936，China)

Thermocouple is a temperature sensing device，which made the temperature into a voltage. Through electrical measuring instrument to measure the thermal potential value, the calibration process is completed and the result is obtained. There will be uncertainty in this result inevitably. According to the theory of assessing and expressing the uncertainty, in allusion to the factors influencing the results of the calibration process, the source of uncertainty in calibrating Pt-Rh-10 thermocouple (S graduation) was analyzed. The standard uncertainty from the components was assessed，then the expanded uncertainty of the mensurement results was obtained. One ensures that the calibration process in strict accordance with the standard method to measure， reduce or eliminate the influence of random factors，improving the reliability of the measurement of marriage.

thermocouple；mensurement results；uncertainty；evaluation

2013-07-23；修改日期: 2014-07-01

劉旭棟 (1977-)， 男，學(xué)士，工程師，研究方向：熱學(xué)計量檢測技術(shù)。

TH811

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.010