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        小型箱式電阻爐爐溫測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

        2015-11-07 08:52:59經(jīng)驗(yàn)人
        中國(guó)科技信息 2015年24期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量

        經(jīng)驗(yàn)人:高 麗

        小型箱式電阻爐爐溫測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

        經(jīng)驗(yàn)人:高 麗

        本文對(duì)小型箱式電阻爐爐溫均勻度、穩(wěn)定度的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定。

        箱式爐是以電為能源,在某一規(guī)定時(shí)間內(nèi),電流通過(guò)加熱元件產(chǎn)生熱量,其傳熱方式為輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流等,是使?fàn)t料間接得到加熱的設(shè)備。箱式電阻爐具有體積小、升溫快、熱損小、均勻性好、維修方便、使用安全等優(yōu)點(diǎn),目前廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析、物理測(cè)定、鋼件熱處理、高溫滅菌等方面,故對(duì)箱式電阻爐計(jì)量性能的準(zhǔn)確測(cè)量具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因爐溫均勻度、穩(wěn)定度是箱式電阻爐的最主要技術(shù)指標(biāo),本文以箱式爐最常用溫度800℃點(diǎn)為例,對(duì)爐溫均勻度、穩(wěn)定度的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

        箱式電阻爐測(cè)量的技術(shù)要求

        (1)測(cè)量依據(jù):JJF1376-2012 《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》。

        (2)測(cè)量方法:比較法。

        (3)標(biāo)準(zhǔn)器: 5支I級(jí)K型工作用廉金屬熱電偶,編號(hào)為0,1,2,3,4,修正值分別為

        -0.79℃,-1.23℃,-0.52℃,-0.42℃,-0.24℃。

        (4)主要配套設(shè)備:極限誤差為(0.02%RD+0.005%FS)的熱工儀表校驗(yàn)儀、低電勢(shì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

        (5)被測(cè)對(duì)象:箱式電阻爐。

        (6)主要技術(shù)要求:箱式電阻爐大致分為C級(jí)、B級(jí)、A級(jí),其中C級(jí)為最優(yōu),應(yīng)符合如下要求:爐溫穩(wěn)定度≤±1℃,爐溫均勻度:(300~750)℃時(shí)≤±4℃;(750~1200)℃時(shí)≤±6℃;(1150~1300)℃時(shí)≤±8℃。

        數(shù)學(xué)模型

        爐溫均勻度是在各測(cè)溫點(diǎn)上測(cè)得的最高、最低實(shí)際溫度分別與中心點(diǎn)實(shí)際溫度之差。Δθ+= tpmax-tp Δθ-= tpmin-tp

        式中:Δθ+ 、Δθ-— 爐溫均勻度;tpmax、tpmin— 各測(cè)溫點(diǎn)實(shí)際溫度的最大、最小值;tp —中心點(diǎn)的實(shí)際溫度;℃。

        爐溫穩(wěn)定度是指箱式爐在校準(zhǔn)溫度下,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),中心(監(jiān)控)點(diǎn)上測(cè)得溫度的最大、最小值分別與平均值之差。Δδ+= th-tp Δδ-= tl-tp

        式中:Δδ+、Δδ-—爐溫穩(wěn)定度;th、tl—中心點(diǎn)測(cè)得的實(shí)際溫度的最大、最小值;℃。

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        依據(jù)箱式爐的校準(zhǔn)規(guī)范要求布置傳感器,使0號(hào)傳感器位于被測(cè)箱式爐中央。當(dāng)爐溫升到800℃并達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)后開(kāi)始讀取數(shù)據(jù),在60min內(nèi)每個(gè)3min記錄各測(cè)溫點(diǎn)的溫度1次,測(cè)量20次,每一次記錄均在1min內(nèi)完成,得到以下數(shù)據(jù):

        0號(hào)傳感器20次的測(cè)量結(jié)果分別為:802.11℃、804.22℃、802.53℃、803.64℃、803.15℃、802.16℃、802.97℃、802.18℃、803.19℃、802.10℃、802.92℃、802.34℃、803.66℃、804.78℃、803.60℃、802.31℃、803.63℃、804.75℃、803.37℃、804.19℃;

        1號(hào)傳感器測(cè)得最低實(shí)際溫度,20次的測(cè)量結(jié)果分別為:

        800.53℃、801.35℃、802.23℃、801.52℃、803.26℃、802.51℃、802.91℃、800.57℃、803.23℃、804.55℃、802.90℃、802.35℃、801.51℃、802.60℃、801.51℃、802.30℃、801.52℃、802.60℃、802.61℃、803.80℃;

        3號(hào)傳感器測(cè)得最高實(shí)際溫度,20次的測(cè)量結(jié)果分別為:

        803.51℃、804.64℃、805.82℃、805.25℃、804.32℃、803.50℃、804.63℃、803.57℃、804.35℃、806.54℃、804.68℃、803.39℃、804.61℃、805.73℃、804.65℃、803.38℃、804.62℃、805.71℃、802.54℃、804.93℃。

        不確定度的評(píng)定

        爐溫均勻度的不確定度評(píng)定

        各分量的相對(duì)不確定度評(píng)定

        (1)輸入量tpmax、tpmin引入的不確定度u(tpmax)、u(tpmin)

        a.輸入量tpmax、tpmin重復(fù)測(cè)量引入的不確定度u(tpmax1)、u(tpmin1)

        3號(hào)傳感器測(cè)得爐內(nèi)最高實(shí)際溫度值,20次測(cè)量值的平均值為804.10℃,Si為1.00,平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:屬A類不確定度分量,服從正態(tài)分布。

        1號(hào)傳感器測(cè)得爐內(nèi)最低實(shí)際溫度值,20次測(cè)量值的平均值為801.09℃,Si為1.02,平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:屬A類不確定度分量,服從正態(tài)分布。

        b.實(shí)際最大、最小值測(cè)量傳感器量傳引入的不確定度u(tx1)

        由工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程可知,I級(jí)廉金屬熱電偶的允許誤差為±1.5℃,屬正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(tx1)=1.5/2.58≈0.58℃

        (2)輸入量tp引入的不確定度u(tp)

        a.輸入量tp重復(fù)測(cè)量引入的不確定度u(tpk)

        中心點(diǎn)0號(hào)傳感器20次測(cè)量值的平均值為802.40℃,Si為0.87,平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:u(tpk)屬A類不確定度分量,服從正態(tài)分布。

        b.中心點(diǎn)測(cè)量值測(cè)量傳感器量傳引入的不確定度u(tx1)

        I級(jí)工作用廉金屬熱電偶的允許誤差為±1.5℃,屬正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(tpd)=1.5/2.58≈0.58℃

        c.輸入量tp的合成不確定度為u(tp)

        (3)電測(cè)設(shè)備引入的不確定度u(td)

        a.電測(cè)設(shè)備分辨力引入的不確定度u(td1)

        本校準(zhǔn)裝置所用電測(cè)設(shè)備最小分辨力為0.01℃,半寬為0.005℃,滿足均勻分布,u(td1)=0.005/1.732≈0.0029℃

        b.電測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性引入的不確定度u(td1)

        由電測(cè)設(shè)備的使用說(shuō)明書可知,其極限誤差為(0.02%RD+0.005%FS),屬正態(tài)分布,則 u(td2)= (0.0002×800+0.00005×2000)/2.58≈0.1008℃

        c.電測(cè)設(shè)備的合成不確定度為u(td)

        合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        爐溫穩(wěn)定度的不確定度評(píng)定

        各分量的相對(duì)不確定度評(píng)定

        (1) 輸入量th、tl引入的不確定度u(th)、u(tl)

        a.輸入量th、tl重復(fù)測(cè)量引入的不確定度u(th1)、u(tl1)

        由上文中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可知,中心點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的平均值為802.40℃,Si為0.87,平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:u(th1)=u(tl1)=u(tpk)≈0.20℃,屬A類不確定度分量,服從正態(tài)分布。

        b.測(cè)量傳感器量傳引入的不確定度u(tx1)≈0.58℃

        c.經(jīng)計(jì)算可得:輸入量th、tl的合成不確定度u(th)=u(tl)=0.61℃

        (2)與爐溫均勻度的分析相同,輸入量tp引入的不確定度u(tp)= 0.61℃

        (3)與爐溫均勻度的分析相同,電測(cè)設(shè)備引入的不確定度u(td)=0.10℃

        合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        由上文中的分析可得:

        擴(kuò)展不確定度評(píng)定

        因主要分量為正態(tài)分布,是對(duì)稱分布,因此P=95%時(shí),可取包含因子k = 2,箱式電阻爐爐溫均勻度、穩(wěn)定度測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度 U= k×uc,最后結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后一位。

        爐溫均勻度測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度:

        U(Δθ+) = 1.8 ℃;k=2, U (Δθ-)= 1.8 ℃;k=2。

        爐溫穩(wěn)定度測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度:

        U(Δδ+) = 1.8 ℃;k=2, U (Δδ-)= 1.8 ℃;k=2。

        10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.051

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