热电偶自动检定系统测量结果不确定分析

陈跃飞 陈 刚 陈 龙 蔡 珏

热电偶自动检定系统测量结果不确定分析

陈跃飞 陈 刚 陈 龙 蔡 珏

热电偶是我国温度测量中常用传感器，DTZ群炉热电偶自动检定系统是确保热电偶符合我所试验需要的重要设备。本文依据JJG 351-1996《工作用廉金属热电偶》对Ⅰ级K型热电偶进行检定，分析了使用群炉热电偶自动检定系统的误差来源， 并对各个误差的不确定度进行了评定，指导使用者更好的使用该系统。

DTZ群炉热电偶自动检定系统是由一等标准铂铑10-铂热电偶、卧式检定炉、低电势扫描开关、零度恒温设备、精密控温装置、数字电压表、计算机以及打印机等设备组成。本文按照JJG 351-1996《工作用廉金属热电偶》规程规定的测量程序，采用双极比较法对Ⅰ级K型热电偶进行检定，并通过数学模型的推导，对测量结果的不确定度进行了评定，确定影响测试结果的主要因素，以利于更好地指导检定工作，使检定结果更具可信性。

数学模型

根据规程，检定点测量结果的数学模型为

灵敏系数为

式中：E被（t）为被检K型偶在检定点上的热电势值，为被检K型偶测得的热电势算术平均值，为标准偶证书在检定点上给出的热电势值，为检定时标准偶测得的热电势算术平均值，为表示标准偶在检定点上的微分热电动势，为表示被检K型偶在检定点上的微分热电动势，μV/℃。

不确定度评定

按A类不确定度，在400℃稳定条件下对被检热电偶重复测量10次，数据为16.423mV、16.432mV、16.425mV、16.428mV、16.430mV、16.424mV、16.425mV、16.430mV、16.433mV、16.423mV，根据贝塞尔公式得到平均值的实验标准偏差，则测量重复性带来的不确定度为

本系统使用的数字表为吉时利2182A纳伏表，允许基本误差：±（30×10-6×读数+4×10-6×量程）（100mV档），区间半宽度a为（30×10-6×读数+4×10-6×量程），认为均匀分布，K型热电偶的热电势为16.397mV，则

根据JJF 1184-2007《热电偶检定炉温度场测试技术规范》要求，廉金属热电偶检定炉均匀温场长度为60mm，在均匀温场内任意两点温差不超过1℃，其半宽度为0.5℃，认为均匀分布，，400℃时K型热电偶的微分热电势为42.241μV/℃，则

该系统检定炉恒温特性指标为0.5℃/6min，当群炉热电偶自动检定系统恒温性能达到指标时，开始数据采集，采集过程中炉温变化不超过0.1℃/min，采集完全部热电偶4次读数的时间不超过4分钟，即炉温变极端化为0.4℃，即半宽度为0.2℃，认为按反正弦分布，

热电偶参考端（0℃）用冰点器，本实验用冰水混合物作冷端恒温按经验其偏差值不大于0.2℃，半区间为0.1℃，按均匀分布，400℃时K型热电偶的微分热电势为39.45μV/℃，则

转换开关寄生热电势允许误差为±0.2μV，半区间为0.2μV，按均匀分布，

E证（t）带来的不确定度u（E证）的评定

E证（t）带来的不确定度u（E证）主要为是一等标准S热电偶传递的不确定度和一等标准S偶的年稳定性。

一等标准S偶传递带来的不确定度u（E证1）

依据国家检定系统表，一等标准S偶传递的不确定度为0.6℃，按正态分布，取，400℃时S型热电偶的微分热电势为9.568μV/℃，则：

一等标准S偶年稳定性以铜点的热电动势变化决定，合格期内的一等标准铂铑10-铂热电偶在铜点的热电动势变化不大于 5μV，半区间为2.5μV，均匀分布，

按A类不确定度，在400℃稳定条件下对标准热电偶重复测量10次，数据为3.226mV、3.231mV、3.228mV、3.230mV、3.229mV、3.231mV、3.232mV、3.228mV、3.227mV、3.230mV，根据贝塞尔公式得到平均值的实验标准偏差，则测量重复性带来的不确定度为：

本系统使用的数字表为吉时利2182A纳伏表，允许基本误差：±（30×10-6×读数+4×10-6×量程）（100mV档），区间半宽度a为（30×10-6×读数+4×10-6×量程），认为均匀分布，400℃时S型热电偶的热电势为3.259mV，则

根据JJF 1184-2007《热电偶检定炉温度场测试技术规范》要求，廉金属热电偶检定炉均匀温场长度为60mm，在均匀温场内任意两点温差不超过1℃，其半宽度为0.5℃，认为均匀分布，400℃时S型热电偶的微分热电势为9.568μV/℃，则

该系统检定炉恒温特性指标为0.5℃/6min，当群炉热电偶自动检定系统恒温性能达到指标时，开始数据采集，采集过程中炉温变化不超过0.1℃/min，采集完全部热电偶4次读数的时间不超过4min，即炉温变极端化为0.4℃，即半宽度为0.2℃，认为按反正弦分布，

热电偶参考端（0℃）用冰点器，本实验用冰水混合物作冷端恒温按经验其偏差值不大于0.2℃，半区间为0.1℃，按均匀分布，0℃时S型热电偶的微分热电势为5.403μV/℃，则

转换开关寄生热电势带来的不确定度

转换开关寄生热电势允许误差为±0.2μV，半区间为0.2μV，按均匀分布，

合成不确定度

以400℃检定点为例，灵敏系数为

扩展不确定度

同理，用上述方法可以得到其他不同整百度点的扩展不确定度。

测量结果与结论

该被检热电偶在400℃检定点测量结果为400.4℃，扩展不确定度为

经过上述不确定度的评定，得到对该系统不确定度贡献较大几个因素。因此，为了更好的使用该系统进行检定，检定炉和标准偶要纳入周期管理，定期检定，此外标准偶还应按照相关规程进行期间核查。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.003