2廉金属热电偶不确定度

热电动势和温度示值偏差测量不确定度评定

一、概述

1.1测量依据：JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》

1.2标准器具：测量范围（300~1100）℃的一等标准铂铑10-铂热电偶

100mV档年度误差±(37×10-6RD+9×10-6RG)mV

1.3被校对象：测量范围（0~1100）℃分度值为K，准确度等级为I级的廉金属热电偶1.2校准方法：采用双极比较法。在管式炉中放置金属均温块，将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准热电偶）套上保护管，与套上绝缘磁珠的被校K型热电偶用细镍铬丝捆扎成一束，然后将热电偶束插入管式炉内的均温块至测温区进行比较，测量标准热电偶和被校热电偶的热电动势。

二、测量模型

被校热电偶在校准温度点上（参考端为0.0℃时）的测量模型

e 被(t)=e̅

被

+

e

标证

−e̅

标

S

标

×S

被

+e

补

(1)

式中：

e

被

(t)——被校热电偶在某校准温度点的热电动势值，mV；

e̅

被

——被校热电偶在某校准温度点附近，测得的热电动势算术平均值，mV；

e

标证

——标准热电偶证书上某校准温度点的热电动势值，mV;

e̅

标

——标准热电偶在某校准温度点附近，测得的热电动势算术平均值，mV；

S 标、S

被

——分别为标准热电偶、被校热电偶在某校准温度点的微分热电动势，μV/℃

e

补

——补偿导线修正值，mV

三、不确定度传播公式

测量模型中各个输入量的不确定度相互独立，根据不确定度传播率：

u c2=[c1u(e̅

被)]2+[c2u(e

标证

)]2+[c3u(e̅

标

)]2+[c4u(e

补

)]2 (2)

其中，灵敏系数：

c1=∂e

被

(t)

∂e̅

被

=1

c2=∂e

被

(t)

∂e

标证

=

S

被

S

标

=4.41

c3=∂e

被

(t)

∂e̅

标

=−

S

被

S

标

=−4.41 c4=

∂e

被

(t)

∂e

补

=1

四、标准不确定度评定

被校热电偶输入量e̅

被引入的标准不确定度u(e̅

被

)，其来源有被校热电偶的重复性

测量、电测仪器测量误差、炉内金属均温块径向温场的不均匀性、炉温的波动、转换开关寄生电势、参考端温度不为0℃、补偿导线。标准热电偶引入的不确定度，其来源

有整百摄氏度点e

标证和输入量e̅

标

重复性测量等。

4.1被校热电偶重复测量引入的标准不确定度u1

用标准热电偶对被校热电偶（在校准温度点400℃时）进行测量，测得5组每组10个重复性测量数据。用A 类方法进行评定，合并样本标准偏差s p1为：

s p1

=√

∑s i

25i=15

=16.8(μV)

实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，故u 1=s p1√4⁄=8.4(μV)

4.2电测仪器测量被校热电偶引入的标准不确定度u 2，采用B 类方法进行评定

电测仪器测量被校热电偶使用的数字表为KEITHLEY2010，其测量值的误差按一年内的准确度±(37×10-6RD+9×10-6RG)mV 计算，对应的校准点读数取16.5mV ，量程100mV ，误差为±1.51μV ，按均匀分布考虑，包含因子k =√3，半宽为1.51μV 。则标准不确定度为：

u 2=√3

=0.87(μV)

4.3金属均温块径向温场不均匀引入的标准不确定度u 3，用B 类方法进行评定

校准时，由于炉内放置的金属均温块径向温场不均匀，经测试最大温差为0.2℃，换算成热电势值为8.45μV 。按均匀分布考虑，包含因子k =√3，取半宽为4.22μV ，则标准不确定度为：

u 3=√

3=2.44(μV)

4.4炉温波动引入的标准不确定度u 4，用B 类方法进行评定

根据JJF1637-2017要求，测量读数过程中，温度的变化不大于0.5℃，以微分电动势42.24μV/℃计算，带来的误差为21.21μV 。按均匀分布考虑，包含因子k =√3，取半宽为21.12μV ，则标准不确定度为：

u 4=√3

=12.19(μV)

4.5电势扫描开关寄生电势引入的标准不确定度u 5，采用B 类方法进行评定

扫描开关寄生电势最大值为0.4μV ，按均匀分布考虑，包含因子k =√3，取半宽为0.4μV ，则标准不确定度为：

u 5=√

3=0.23(μV)

4.6参考端温差引入的标准不确定度u 6，用B 类方法进行评定

经测量参考端不为0℃，最大误差为±0.1℃，以微分电势39.45μV/℃，计算，换算成热电势值为±3.95μV 。按均匀分布考虑，包含因子k =√3，取半宽为3.95μV ，则标准不确定度为：

u 6=√3

=2.28(μV)

由于输入量u 1、u 2、u 3、u 4、u 5、u 6彼此之间相互独立，则：

u(e̅被)=√u 12+u 22+u 32+u 42+u 52+u 62

=15.08(μV)

4.7标准热电偶整百摄氏度e 标证引入的标准不确定度，用B 类方法进行评定

依据JJG2003-1987热电偶检定系统可知，一等标准铂铑10-铂热电偶扩展不确定

度为U=0.6℃，包含因子k =3，以微分电动势9.567μV/℃计算，为5.74μV ，则标准不确定度为：

u(e 标证)=5.74

3=1.91(μV) 4.8标准热电偶输入量e̅标引入的标准不确定度，用A 类方法进行评定

输入量e̅标的标准不确定度u(e̅标)，一等标准热电偶测得5组每组10个重复性测量数据，用A 类方法进行评定，合并样本标准偏差s p2为

s p2=√

∑s i

25i=15

=6.24(μV)

实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，故u(e̅标)=s p2/√4=3.12(μV) 4.9补偿导线引入的标准不确定度u(e 补)，用B 类方法进行评定