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        工業(yè)鉑熱電阻測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

        2020-10-14 08:32:38羅利平
        2020年10期
        關(guān)鍵詞:多用表電測(cè)熱電阻

        羅利平

        (山西潞安檢測(cè)檢驗(yàn)中心有限責(zé)任公司,山西 長(zhǎng)治 046204)

        1 概 述

        1.1 被測(cè)對(duì)象

        選用一支B級(jí)鉑熱電阻Pt100作為此次評(píng)定的對(duì)象,按照J(rèn)JG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程規(guī)定的檢定溫度點(diǎn)為0℃和100℃,對(duì)B級(jí)Pt100鉑熱電阻進(jìn)行誤差的測(cè)量,其允許偏差:0℃:±0.15℃;100℃:±0.35℃。

        1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

        1.2.1 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)

        二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)證書(shū)給出的參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻證書(shū)給出的參數(shù)

        1.2.2 電測(cè)設(shè)備

        KEITHLEY2010數(shù)字多用表,測(cè)量范圍(0~1 000)Ω。

        表2 數(shù)字多用表年變化量

        1.3 測(cè)量方法

        按照檢定規(guī)程中的方法進(jìn)行比較測(cè)量。將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻)和被檢鉑熱電阻溫度計(jì)(以下簡(jiǎn)稱被檢鉑電阻)同時(shí)插入恒溫槽中,將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與被檢鉑電阻的引線接入接線臺(tái)與數(shù)字多用表、掃描/控制器連接,待溫度穩(wěn)定后采集數(shù)字多用表的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與被檢鉑電阻的電阻值,用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻計(jì)算出恒溫槽的實(shí)際溫度后通過(guò)公式最終得出被檢鉑電阻的實(shí)際值溫度值和測(cè)量誤差。

        2 測(cè)量模型

        0℃時(shí),測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型:

        (1)

        100℃時(shí),測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型:

        (2)

        3 輸入量△ti,△th的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(△ti)和u(△th)的評(píng)定

        該不確定度分量主要由被檢鉑電阻測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性,電測(cè)設(shè)備,恒溫槽插孔之間的溫差以及測(cè)量電流引起的自熱四個(gè)方面引入。

        3.1 測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性所引入的不確定度u(Ri1)和u(Ri2),采用A類(lèi)方法評(píng)定

        以B級(jí)鉑熱電阻分別在制冷恒溫槽和恒溫油槽對(duì)其0℃和100℃進(jìn)行重復(fù)10次的測(cè)量。

        檢定0℃時(shí)其測(cè)得的熱電阻分別為:100.571 1、100.571 8、100.571 1、100.571 7、100.571 6、100.570 2、100.571 1、100.571 2、100.571 3、100.572 5(Ω)。該樣本的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差采用貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算,得s= 5.7×10-4Ω。

        實(shí)際測(cè)量取6次測(cè)量的平均值做為測(cè)量結(jié)果,故u(Ri1)=2.33×10-4Ω。轉(zhuǎn)換成溫度:u(△ti1)=0.60 mK。

        同理檢定100℃時(shí)所得的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s=13.50×10-4Ω。實(shí)際測(cè)量取6次測(cè)量的平均值做為測(cè)量結(jié)果,故u(Ri1)=5.51×10-4Ω。轉(zhuǎn)換成溫度:u(△ti1)=1.45 mK。

        3.2 由電測(cè)設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(△ti2)和u(△th2),采用B類(lèi)方法評(píng)定

        3.3 插孔之間的溫差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(△ti3)和u(△th3),采用B類(lèi)評(píng)定

        按規(guī)程中的方法對(duì)溫度計(jì)檢定時(shí),在0℃由于插入標(biāo)準(zhǔn)和被檢溫度計(jì)同時(shí)插入后管口用脫脂棉塞緊,其熱損失極少,可認(rèn)為插孔之間的溫差很小,忽略不計(jì),故u(△ti2)=0 mK。

        3.4 自熱引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(△ti4)和u(△th4) ,采用B類(lèi)方法評(píng)定

        換算成溫度:u(△ti4)=2.95 mK,

        u(△th4)=3.04 mK。

        3.5 u(△ti)和u(△th)的計(jì)算

        以上4個(gè)不確定度之間相互獨(dú)立,因此合成不確定度按公式(3)計(jì)算:

        (3)

        得:u(△ti)=15.06 mK,

        u(△th)=21.78 mK 。

        4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和的評(píng)定

        該不確定度分量主要由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)現(xiàn)性、電測(cè)設(shè)備、測(cè)量電流引起的自熱、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的周期穩(wěn)定性這四個(gè)方面引入。

        4.1 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)現(xiàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和采用B類(lèi)方法評(píng)定

        4.2 電測(cè)設(shè)備數(shù)字多用表引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和采用B類(lèi)方法評(píng)定

        (4)

        0℃時(shí):u(△t*i2)=

        100℃時(shí),u(△t*i2)=

        4.3 測(cè)量電流引起熱電阻自熱帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和采用B類(lèi)方法評(píng)定

        4.4 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和采用B類(lèi)方法評(píng)定

        由于上述4個(gè)不確定度之間相互獨(dú)立,因此按公式(3)進(jìn)行合成:

        5 合成不確定度

        將以上評(píng)定的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行匯總,匯總結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

        表3 0℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

        表4 100℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

        由于各不確定度分量之間相互獨(dú)立。因此,不確定度按公式(3)合成為:

        檢定0℃時(shí):uc(△t0)=25.65 mK;

        檢定100℃時(shí):uc(△t100)=34.95 mK。

        6 擴(kuò)展不確定度

        取包含因子k=2,

        檢定0℃時(shí):k=2,則U=k×25.66= 51 mK;

        檢定100℃時(shí)k=2,則U=k×34.96= 70 mK。

        7 測(cè)量不確定度評(píng)估的說(shuō)明

        從上述的不確定度評(píng)估中可以看出,所選的檢定設(shè)備在檢定B級(jí)以下鉑熱電阻時(shí)可以滿足檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度(k=2)不大于被檢熱電阻允許誤差絕對(duì)值的1/4。

        8 結(jié) 語(yǔ)

        此次主要對(duì)工業(yè)鉑熱電阻的不確定度進(jìn)行了評(píng)定,從上述的評(píng)定結(jié)果可看出:評(píng)定的溫度點(diǎn)為0℃和100℃,這兩個(gè)溫度點(diǎn)基本覆蓋了規(guī)程對(duì)被檢鉑熱電阻的測(cè)量范圍。在0℃時(shí)允差為±0.30℃,評(píng)定的擴(kuò)展不確定度為0.05℃,在100℃時(shí)允差為±0.80℃,評(píng)定的擴(kuò)展不確定度為0.07℃,由上述數(shù)據(jù)可得其擴(kuò)展不確定度都不大于被檢熱電阻允許誤差絕對(duì)值的1/4,滿足規(guī)程對(duì)于計(jì)量器具控制的選用要求,測(cè)量結(jié)果可信。在此次評(píng)定中發(fā)現(xiàn)不確定度數(shù)值較大的分量來(lái)自于電測(cè)設(shè)備,也就是說(shuō)電測(cè)設(shè)備是此次不確定度評(píng)定的主要來(lái)源,因此在檢定鉑電阻的過(guò)程中要密切關(guān)注電測(cè)設(shè)備,首先應(yīng)保證電測(cè)設(shè)備在工作時(shí)始終處在符合其環(huán)境條件要求的工作場(chǎng)所,一般應(yīng)保證溫度在(20±2)℃,相對(duì)濕度在(45~75)%RH范圍內(nèi),周?chē)鸁o(wú)振動(dòng)無(wú)電磁干擾。其次按照電測(cè)設(shè)備說(shuō)明書(shū)的要求對(duì)其進(jìn)行定期保養(yǎng)和維護(hù),使用時(shí)認(rèn)真填寫(xiě)運(yùn)行使用記錄,及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中的影響準(zhǔn)確度的隱患。要定期對(duì)電測(cè)設(shè)備進(jìn)行溯源校準(zhǔn)和期間核查,頻繁使用時(shí)更要加大期間核查的頻次。為保證檢定結(jié)果的可信度,除了對(duì)電測(cè)設(shè)備進(jìn)行必要關(guān)注外,標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)屬精密測(cè)量?jī)x器,在放置和拿取的過(guò)程中應(yīng)輕拿輕放。另外在放置標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻和被檢鉑電阻時(shí)還要保證它們?cè)诤銣夭壑杏凶銐虻纳疃龋蛊錈釗p失盡可能小。注意到以上幾個(gè)因素并在日常檢定工作中認(rèn)真執(zhí)行就能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

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