易青
【摘 要】通過闡述智能數(shù)字測溫儀表測量電弧爐鋼水出鋼溫度不確定度評定的方法,分析與計(jì)算并由測溫系統(tǒng)中的重復(fù)性、儀表的分辨率與熱電偶進(jìn)行不確定度“方差”合成;對測量結(jié)果給出的被測量估計(jì)值的可能誤差的程度,即表征被測量的真值所處范圍得擴(kuò)展不確定度在1610℃時(shí)的測溫系統(tǒng)約為5℃;是熱處理工藝在此測溫點(diǎn)的誤差要求±10℃的1/2;即此測溫系統(tǒng)滿足測量電弧爐出鋼溫度的技術(shù)要求。
【關(guān)鍵詞】測溫儀表 分辨率 測溫系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)偏差 不確定度 熱電偶 溫度
1 概述
在煉鋼過程中,鋼水出鋼溫度的測量誤差對鑄件的質(zhì)量影響很大,如果因測量溫度的不準(zhǔn)確,導(dǎo)致溫度的偏高或偏低,使得鑄件產(chǎn)生缺陷,導(dǎo)致質(zhì)量問題。在測溫系統(tǒng)中,測溫儀起著關(guān)鍵的作用,對其進(jìn)行不確定度評定,以判斷該測溫系統(tǒng)是否合格。
2 不確定度的評定
2.1方法采用直接測量法
儀器:SY-903智能數(shù)字測溫儀準(zhǔn)確度等級為0.5級,工藝要求測量出鋼溫度1610℃時(shí),誤差為±10℃;分辨率1℃,配B型快速熱電偶。
環(huán)境:0~50℃
方法:(1)熱工計(jì)量設(shè)備操作規(guī)范。(2)熱加工測定程序。(3)電弧爐氧化法煉鋼工藝。
2.2數(shù)學(xué)模型
t=td-ts 式中: t——儀表的示值誤差
td——電弧爐的鋼水檢測點(diǎn)測溫儀的顯示溫度
ts——標(biāo)準(zhǔn)器mV值對應(yīng)的檢測點(diǎn)溫度值
2.3輸入量u(td)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
輸入量u(td)的不確定度來源主要有三個(gè)部分:測量的重復(fù)性和儀表的分辨率,B型快速 熱電偶的誤差。
2.3.1測量重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度u(td1)
u(td1)采用“示值基準(zhǔn)法”(按A類方法評定) ,用sy-903測量儀在1610℃點(diǎn)得到一個(gè)測量列1610℃、1610℃、1609℃ 、1610℃ 1610℃ 1611℃、1610、1609、1610、1609平均值為:
= =
=1609.8℃
單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:s = =0.632℃
任選3臺同類型儀表分別在1610℃進(jìn)行重復(fù)性條件下的連續(xù)10次測量,共得到3組測量列。
經(jīng)計(jì)算得單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差如下表
測量點(diǎn) 1610(℃)
S (℃)
0.632
0.633
0.631
則合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 S = ≈ 0.632 (℃ ) (m=3,j=1~3)
可用S 代替同類儀表的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。
實(shí)際測量是在重復(fù)性條件下連續(xù)測量3次以3次測量的平均值作為測量結(jié)果可得:
u(td1)= ≈0.365(℃ )
2.3.2 儀表的分辨率u(td2)的不確定度
按B,類方法評定;由儀表分辨率b導(dǎo)致的示值誤差區(qū)間半寬為a=b/2;包含因子k= ,分辨率為1℃的儀表u(td2)=0.5/k=0.5/ =0.29℃;
2.3.3測量用熱電偶引起的不確定度
(td3)=2.5℃(查相關(guān)熱電偶技術(shù)資料) 補(bǔ)償導(dǎo)線修正值(熱電偶用B型補(bǔ)償導(dǎo)線引起的不確定度(td4)在20℃的誤差非常小,可忽略不計(jì))。
2.4輸入量u(ts)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
u 直流電位差計(jì)的不確定度主要來源標(biāo)準(zhǔn)器的示值誤差。溫度、濕度和連接導(dǎo)線的影響、
可忽略不計(jì)。在16110℃時(shí)的誤差:u(ts)=u(1610℃)=11.374×0.05﹪÷0.012≈0.47(℃)
2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
靈敏系數(shù):靈敏系數(shù)C = =1 , C = =-1,
2.5.1不確定度匯總表如下
標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(x )
不確定度來源
標(biāo)準(zhǔn)不確定度
C
U(td1) 測量重復(fù)性 0.365℃(b=1) 1
U(td2) 儀表分辨率 0.29℃(b=1) 1
U(td3) 快速熱電偶誤差 2.5℃ 1
u(ts) U 示值誤差
0.47℃ -1
2.5.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
輸入量t(d1)、t(d2)、t(d3)、t(s)相互彼此獨(dú)立,所以合成不確定度可按下式計(jì)算
u(td)= =2.543(℃)
u( )= =2.586(℃)
2.6 擴(kuò)展不確定度
誤差按正態(tài)分布所以k=2
U( t )=k ·u( )=2×2.586≈5.172(℃)≈5℃
3 結(jié)語
配B型熱電偶,分度值為1℃的智能數(shù)字測溫儀及所在系統(tǒng),在1610℃的擴(kuò)展不確定度約等于5℃;是1610℃的工藝溫度誤差要求(±10℃)的1/2,滿足技術(shù)文件要求。
參考文獻(xiàn):
[1]國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀.中國計(jì)量出版社出版,1997(4).
[2]施昌彥 主審.宣安東 主編.《實(shí)用測量不確定度評定及案例》(下冊).中國計(jì)量出版社,2007(8).
[3]東北國家計(jì)量測試中心組編.《建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告100例》.中國經(jīng)濟(jì)出版社,1989(6).