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