２０１２年第４期 文章编号：１００５—３３８７（２０１２）０４—００２７—２９ 工作用廉金属热电偶测量不确定度评定 肖建卫张伟 ３００４５１） （海洋石油工程股份有限公司，天津摘要：本文主要介绍了工作用廉金属热电偶测量结果的不确定度评定的方法。 文献标识码：Ａ 关键词：廉金属热电偶；校准；不确定度 中图分类号：ＴＢ９ ０ 引言 廉金属热电偶主要采用两种不同成分的均质导 程》，运用双极法进行校准。用二等铂铑－１０铂热电 偶作为标准器，采用高温检定炉提供恒温温场，通过 低热电势扫描开关分别将标准热电偶和被检热电偶 温度转换为电势进行测量。对校准结果进行处理时 需要考虑标准系统和被检系统的不确定度进行 评定。 体为热电极组成闭合回路，当两端存在温度梯度时， 回路中就会有电流通过，此时两端之问就存在电动 势——热电动势。本文主要针对Ｋ型廉金属热电 偶，依据ＪＪＧ３５１—９６《工作用廉金属热电偶检定规 １ 测量标准及辅助设备 名称 不确定度／准确度 二等 ３×１０一 编号 型号／类型 Ｓ型 １８２ 铂铑１０一铂热电偶 数字电压表 （３０ｍＶ） Ｓ１１－３２８５ ０６８５９２２ 数字电压表 （３００ ｍＶ） １０￣１０一 ０６８５９２２ １８２ 热电偶检定炉 低热电势扫描开关 依据的 ０．２℃ ０．Ｏ８ｕＶ ００１９９０１ ９９１１０２ ＴＣＭ１３ｏ０ ＴＣＭ１８ 依据ＪＪＧ３５ １－９６｛２１２作用廉金属热电偶检定规程》 技术文件 测试地点 环境条件 ＭＦ１０５９－１９９９｛￣量不确定度评定与表示》 建造公司Ａ座高温室 实验温度：２０℃ 相对湿度：４５％ ２被检对象 本文被校准的对象为Ｋ型热电偶，Ⅱ级，允许误差 ）的热电动势；Ｅ标（ｔ）为标准热电偶证书上的电势 值；ｅ标（ｔ ）为标准热电偶在测量时（温度点ｔ ）的热 电动势；Ｓ标（ｔ），Ｓ被（ｔ）为标准、被测热电偶在需测量 为￣Ａｔ＝０．７５％ｔ。以误差最大点４００％作为评定点。 点温度ｔ的微分电动势。 ３．２测量不确定度来源 １）输入量ｅ被（ｔ ）的标准不确定度ｕ（ｅ被）； ３校准结果的不确定度评定 ３．１ 数学模型 ２）输人量Ｅ标（ｔ）的标准不确定度 （Ｅ标）； ｅ被（ ）＝ｅ被（ ）＋皇 ５被（ｆ） ３）输人量ｅ标（ ）的标准不确定度“（ｅ标）。 ３．３不确定度评定 ３．３．１输入量。被（ ）的标准不确定度Ｍ（ｅ被） 该不确定度来源于被测热电偶测量重复性、数 一式中，ｅ被（ｔ）为被测热电偶在需测量温度点ｔ的 热电动势；ｅ被（ｔ ）为被测热电偶在测量时（温度点ｔ ２７— 字电压表测量误差、检定炉温场不均匀、测量回路寄 生电势以及热电偶参考端温度不均匀。 １）标准不确定度／Ｚ（ｅ被 ）的评定 ５７６４ ｍＶ的标准不确定度为ｕ（ 被 ）＝０．２４９￣Ｖ。 ３）热电偶检定炉温场分布不均匀引入的不确 定度ｕ（ｅ祜３） ｕ（ｅ被 ）不确定度来源于被测热电偶测量重复 性，采用Ａ类方法进行评定。 由检定炉温场分布不均匀引入的最大误差不超 过２０１￣Ｖ，在区间内可认为均匀分布，包含因子ｋ＝ 在校准点稳定条件下对被校热电偶重复测量 １２次，数据为（单位ｍＶ）：１６．５８７４，１６．５８６７，１６． ５８６７，１６．５８７９，１６．４９１２，１６．４９０６，１６．４８９７，１６． √３，取半宽为１０ｌｘＶ，故标准不确定度为 （ 被 ）＝ ｌＯ／４￣：５．７７４￣Ｖ。 ４）低热电势扫描开关引入的不确定度ｕ（ｅ被４） 根据扫描开关证书可知，标准不确定度ｕ（ｅ被４） ＝０．０８／２＝０．０４ＩｘＶ。 ４９０７，１６．６５２１，１６．６５２０，１６．６５１３，１６．６５１０。其平均 值ｅ被（ｔ ）：１６．５７６４ｍＶ，利用贝塞尔公式可得实验标 准差为 ５）参考端恒温器引入的不确定度Ｕ（ｅ被５） ＾√／ 墨 ： ｎ一１ ９。ｍｖ 由经验和实验可得：热电偶参考端温度不为 ０℃带来的误差不超过±４．０ Ｖ（相当于±０．１ ｃ【＝），按 实际试验次数为３组，以测得值的平均值为测 量结果。则该结果的标准不确定度为： 照均匀分布，包含因子ｋ＝、／３，取半宽４．ＯｗＶ，故标 准不确定度Ｍ（ 被５）＝４ ＝２．３１ Ｖ。 ｕ（ｅ被１）＝ｓ／４３＝３９．９１３ Ｖ ２）数字电压表引入的不确定度ｕ（ｅ被 ） ６）输入量ｅ被（ｔ ）的标准不确定度 （ｅ被）的 合成 输入量ｅ被（ｔ ）的标准不确定度ｕ（ｅ被）由分项Ｍ （ｅ被 ）～ （ｅ被 ）合成，则标准不确定度为： 由数字电压表的证书可知，数字电压表在３Ｏ ｍＶ的相对扩展不确定度为３×１０～，故在校准１６． ｕ（ｅ被）＝￣／ｕ（ｅ被１） ＋ （ｅ被２） ＋Ｍ（ｅ被３） ＋Ⅱ（ｅ被４） ＋Ｍ（ｅ被５） ＝￣／３９．８９６ ＋０．２４９ ＋５．８８ ＋０．０４ ＋２．３１。 ＝４０．３９３９￣Ｖ ３．３．２输入量Ｅ标（ｔ）的标准不确定度Ｅ标的评定 均匀。 输入量Ｅ标（ｔ）的标准不确定度来源于二等标准 铂铑 。一铂热电偶分度值的不确定度和其年不稳定性 情况，采用Ｂ类方法进行评定。 １）不确定度“（Ｅ ）的评定 １）标准不确定度ｕ（ｅ标 ）的评定 “（ｅ标 ）来源于标准热电偶测量重复性，采用Ａ 类方法进行评定。 在校准点稳定条件下对标准热电偶重复测１２ 次，数据为（单位ｍＶ）：３．２６６８，３．２６６８，３．２６６７，３． ２６６７，３．２３２７，３．２３２６，３．２３２５，３．２３２５，３．２７３２，３． 二等标准铂铑１０－铂热电偶分度结果不确定度 引入的误差不超过±７ Ｖ，在区间内可认为均匀分 布，包含因子ｋ＝√３，半宽为７ Ｖ，故标准不确定度＝ ７／４￣－＝４．０４１ Ｖ， ２７３２，３．２７３０。１２次测量的平均值＝３．２５７５ ｍＶ利 用贝塞尔公式可得样本标准差为 ２）不确定度Ｍ（Ｅ ）的评定 由二等标准铂铑１０－铂热电偶的年不稳定性引 人的标准不确定度，采用Ｂ类方法进行评定。 二等标准铂铑１０－铂热电偶的年不稳定性引人 的误差不超过＋ｌＯｉｘＶ，在区间内可认为正态分布，包 含因子ｋ＝３，半宽为ｌＯＩｘＶ，故标准不确定度＝１０／３ ＝３．３３３ Ｖ ＾Ｊ／ 耋 ｎ一１ 舢５８ｍｖ 以３组的平均值为测量结果，则标准不确定度 ＝ｓ ／ ＝１０．７２８￣Ｖ ２）数字电压表引入的不确定度／３，（ｅ标 ） 由数字电压表的证书可知，数字电压表在３０ ｍＶ的相对扩展不确定度为３×１０～，故在校准３． ２５７４ ｍＶ的标准不确定度＝０．０４９ｔｘＶ ３）低热电势扫描开关引入的不确定度 （ｅＪ６ｅ） ３）标准热电偶不确定度Ⅱ（Ｅ标） （Ｅ标）＝√ （Ｅ标１） ＋Ⅱ（Ｅ标２） ：５．２３８２￣Ｖ ３．３．３辐 标（ ，） 自 隹 夔敲ｕ（ｅ标） 蛾 输入量ｅ标（ｔ ）的标准不确定度 （ｅ标）不确定度 来源于被测热电偶测量重复性、数字电压表测量误 差、低热电势扫描开关以及热电偶参考端温度不 一根据扫描开关证书可知，标准不确定度为Ｕ （ 标２）＝０．０８／２＝０．０４ｉ￣Ｖ ４）参考端恒温器引入的不确定度Ｈ（ｅ标。） 由经验和实验可得：热电偶参考端温度不为 ２８一 ｏ℃带来的误差不超过±０・５４ ‘相当于±０・ ℃）， ５ 扩展不确定度 标准不确定度Ｍ（ｅｂ￥３）：Ｏ．５４／４￣－：０．３１ ｖ 取包含因子 ＝２，则Ｕ＝ｋｘｕｃ＝２ｘ６６．３７６＝１３２・ ５）输入量 标（ｆ，）的标准不确定度Ｍ（ 标）的计算 ７５１￣Ｖ，换算成温度为： ＝３－１℃ 输入量ｅ标（￡ ）的标准不确定度ｕ（ｅ标）由分项“ ６ 测量结果 ｕ（ｅ标）＝￣／ｕ（ｅ标Ｊ） ＋Ｍ（ｅ铱） ＋“（ｅ标３） ＋“（ｅ郴） １２次测量的平均值 被（ｔ ）＝１６．５７６４ ｍＶ，换算 ＝￣／１０．７２７１ ＋０．０４９ ＋０．０４ ＋０．３１ 成温度为ｔ；＝４０４．２℃；校准结果以１２组数据的平均 ＝１０．７３２￣Ｖ 值表示，为（４０４．２±３．１）ｏＣ， ＝２。 ４． 合成标准不确定度 ７ 小结 ４．１ 灵敏系数 本文通过对廉金属热电偶进行测量，并对测量 结果有影响的不确定度分量进行分析，通过实际的 ｅ被（￡）＝ｅ被（ｆ ）＋ ｓ被（ｆ） 测试数据进行计算，最终给出测量结果，为廉金属热 灵敏系数：ｃ ＝１ ｃｚ＝ ｓＭｔ）ｃ ＝电偶在以后的不确定度评定中提供了参考方法。 一 参考文献 查表可得４００℃时，：４２．２４ＩｘＶ，＝９．５７ＩｘＶ，因 此，Ｃ２＝４．４１，Ｃ３＝一４．４１ ［１］ 国家质量技术监督总局．测量不确定度评定与表示 ４．２合成不确定度 （ＪＪＦ１０５９－１９９９）．北京：中国计量出版社，１９９９ ［２］ 国家质量技术监督总局．工作用廉金属热电偶检定规 ：￣／［ｃ “（ｅ被）］ ＋［ｃ２ｕ（Ｅ标）］ ＋［ｃ （ｅ标）］ 程（ＪＪＧ３５１－１９９６）．北京：中国计量出版社，１９９７ ＝４４ｏ．３９３９２＋（４．４１ｘ５．２３８２） ＋ｆ－－４．４１ｘ１０．７３１８） ［３］ 黄涛．计量技术基础．北京：中国计量出版社，２００７ ＝６６．３７６／￣Ｖ （上接第６１页） 室人室门的位置，气象条件的稳定性会逐渐较低，这 布局合理性也会对砝码量传检定工作造成影响。如 些位置的工作台适合放置准确度较低的衡量仪器 图３所示：在实验室内部，和实验室人室门成对角线 （如显示分度值为１ｍｇ的比较仪）用于检定准确度 的位置是气象条件相对比较稳定的。所以建议在此 等级较低的砝码。通过对实验室内部的合理布局， 位置的工作台放置准确度等级相对较高的衡量仪器 可充分有效地利用和分配资源，更好的开展砝码量 （如显示分度值为０．００１ｍｇ、０．０１ｍｇ的比较仪），开 值传递检定工作。 展准确度等级较高的砝码检定工作；而越靠近实验 图３实验室内部布局示意图 参考文献 ［２］ 姚弘２０社。 ０６，陈雪，张泽光等．砝码［Ｍ］．北京：中国计量出版 ［１］ＪＪＧ９９—２００６砝码检定规程［ｓ］．北京：中国计量出版 社，２００７
