廉金属热电偶测量不确定度评定

廉金属热电偶测量不确定度评定

苏志强

新疆朔正检测有限责任公司  新疆克拉玛依市 834000

摘 要: 本文根据JJF1637—2017工作用廉金属热电偶校准规范中的要求，对工作用廉金属热电偶校准结果的不确定度进行了评定。

关键词：工作用廉金属热电偶；重复性；不确定度；

1概述

1.1测量依据：JJF1637—2017工作用廉金属热电偶

1.2计量标准：实验室计量标准器和配套设备主要技术指标如下表：

表1.实验室的计量标准器和配套设备

1.3被测对象：

（300～1100）℃的工作用镍铬-镍硅（K分度）廉金属热电偶

1.4测量方法：

  被检热电偶在检定温度点上的热电势是由其测量端在所需测量温度点上的热电动势（以下简称热电偶在各测量点的热电动势），与其标准器在相同温度点上的热电动势相互比较，通过计算得到。

2 数学模型

2.1 300℃以上热电动势误差用下式计算

=+

式中：

——被检热电偶在需测量温度点的热电动势  (mV )。

——被检热电偶在测量时（温度为 ）的热电动势  (mV )。

——证书给出标准热电偶在需量测量温度点的分度值(mV)。

——标准热电偶在测量时（温度为 ）的热电动势(mV )。

、——标准、被检热电偶在需测量温度点的微分动势值(mV /℃)。

      补——补偿导线的修正值(mV)。

3不确定度传播率

=

式中，灵敏系数： ==1      ==/ =3.378

                  = =－/=-3.378    ==1

输入量时在ITS-90国际温标下近似方法得到的，但其准确度完全可以满足该类热电偶使用准确度要求，其由有效位数等原因引起的不确定度因微小可以忽略。

4不确定度来源

4.1 输入量的标准不确定度的评定

输入量的标准不确定度的来源：被检热电偶测量重复性、智能超级测温仪测量误差、检定炉温场分布不均、检定炉温场波动量，测量回路寄生电势、热电偶参考端温度不均匀。

4.1.1输入量的标准不确定度来源于被检热电偶测量重复性，采用A类方法进行评定。

将一支工作用镍铬-镍硅（K分度）廉金属热电偶用一支一等标准铂铑10-铂热电偶作为测量标准，将被检热电偶在1000℃温度点热电势进行10次等精度重复测量，测得被检热电偶数据为（单位：mV）：41.413、41.414、41.412、41.414、41.412、41.415、41.416、41.416、41.417、41.415。得：

  s(x) == 0.0018135mV = 1.814μV

实际测量时，以测得值的4次平均值为测量结果，则该项标准不确定度：

                 = s(x)/ =1.814/=0.907μV

4.1.2 智能超级测温仪测量误差引入的标准不确定度，采用B类方法进行评定。

测量时，测量仪器为康斯特685智能测温仪，其（-100～100）mV测量档依据溯源证书符合0.001级，即区间半宽=200×0.001%=2μV，按均匀分布处理，k=，得：=2/≈1.155μV

4.1.3 检定炉温场均匀性（分布不均）引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

标准不确定度是由标准与被测热电偶工作用端接触差异以及在管状炉工作用温场中放置不重复性引起的，采用B类方法进行评定。由JJF1637-2017第6.2.2条要求知，管式检定炉内的30mm任意两点温差不大于0.5℃，换算为电势值为19.491μV，即区间半宽度为9.746μV，按均匀分布处理，k=，得：

=9.746/≈5.627μV

4.1.4 检定炉温场波动引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

按JJF1637-2017规范要求，升温至设定温度时，炉温温场变化不大于0.2℃，区间半宽度为0.1℃，换算为电势值为3.898μV，按均匀分布处理，k=，得：=3.898/≈2.251μV

4.1.5 测量回路寄生电势引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

按JJF1637-2017规范要求，转换开关最大寄生电动势不大于0.5μV，查证书实际最大寄生电动势不大于0.3μV，区间半宽为0.3μV，按均匀分布处理，k=，得：=0.3/

≈0.173μV

4.1.6 热电偶参考端温度不均匀引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

被校热电偶参考端要求为（0±0.1）℃，由经验参考端为（0±0.04）℃，区间半宽为0.04℃，换算为电势值为1.578µV，按均匀分布处理，k=，得： =1.578/≈0.911µV

4.1.7 输入量的标准不确定度的合成

以上各项、、、、、彼此独立不相关，因此：

       =

≈6.304μV

4.2 输入量 的标准不确定度的评定

输入量的标准不确定度的来源：标准热电偶检定后分度值的不确定度、 标准热电偶年不稳定性。

4.2.1标准热电偶检定后分度值的不确定度引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

JG75—2022标准铂铑10-铂热电偶检定规程可知，一等标准热电偶测量结果的不确定度通常为（0.4～0.5）℃，k=2，则区间半宽度为0.5℃，换算为电势值为5.773μV，包含因子k=2，得：=5.773/2≈2.887μV

4.2.2 标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

在检定合格有效期内的标准热电偶，其年热电势变化（不稳定性）为±5μV，区间半宽为5μV，按均匀分布估计，k=，得：=5/≈2.887μV

4.2.3输入量的标准不确定度的合成

以上输入量各项、彼此独立不相关，因此：==4.083μV

4.3 输入量的标准不确定度的评定

输入量的标准不确定度来源： 标准热电偶测量重复性、智能超级测温仪测量误差、测量回路寄生电势、热电偶参考端温度均匀性（分布不均）

4.3.1  标准热电偶测量重复性引入的标准不确定度，用A类方法进行评定。

在 1000℃温度点对标准热电偶进行10次等精度重复测量，测得标准热电偶的热电势值为（单位：mV）：9.576、9.575、9.576、9.574、9.574、9.573、9.573、9.574、9.574、9.575，得：

    s(x) =≈1.075μV     

实际测量时，以4次测得值的平均值为测量结果，则该项标准不确定度：

                 = s(x)/ =1.075/ =1.075/≈0.538μV

4.3.2 智能超级测温仪测量误差引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

测量仪器为康斯特685智能测温仪，其（-100～100）mV测量档依据溯源证书符合0.001级，即区间半宽=200×0.001%=2μV，按均匀分布处理，k=，得： =2/≈1.155μV

4.3.3 测量回路寄生电势引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

按JJF1637-2017规范要求，转换开关最大寄生电动势不大于0.5μV，查证书实际最大寄生电动势不大于0.3μV，区间半宽为0.3μV，按均匀分布处理，k=，得：=0.3/≈0.173μV

4.3.4 标准热电偶参考端温度均匀性（分布不均）引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。

规范规定热电偶参考端恒温器为（0±0.1）℃，由经验可知参考端恒温器为（0±0.04）℃，区间半宽为0.04℃，换算为电势值为0.216µV，按均匀分布处理，k=，得： =0.216/≈0.125µV

4.3.5 输入量标准不确定度的合成

以上各项、、、彼此独立不相关，因此：       =

≈1.292μV

4.4 输入量、标准不确定度、的评定

输入量、时在ITS-90国际温标下近似方法得到的，但其准确度完全可以满足该类热电偶使用准确度要求，其由有效位数等原因引起的不确定度因微小可以忽略。

4.5输入量e补标准不确定度的评定，用B类方法进行评定

按JJF1637-2017规范要求，补偿导线允许偏差为±0.1℃，区间半宽为0.1℃，换算为电势值为3.945µV，按均匀分布处理，k=，得：=3.945/≈2.278μV

5合成标准不确定度

5.1 合成标准不确定度计算

    以上各项标准不确定度分量彼此独立，互不相关，故合成标准不确定度为：

= =

≈15.943μV

6 扩展不确定度计算

按置信水平p=0.95，取包含因子k=2，扩展不确定度U=k，得：

                      =k=2= 2×15.943 =31.887μV

换算成温度为：=31.887μV÷38.98μV/℃=0.818℃

7测量不确定度报告与表述

1000℃时， U = 31.887μV (k=2)

参考文献：（1）JJF1637—2017工作用廉金属热电偶。中国计量出版社，2017；

      （2）JJF1059－2012《测量不确定度与表示》。中国标准出版社，2012；