铂铑10-铂热电偶测量结果的不确定度评定

刘旭栋

(中国人民解放军第5719厂， 成都 611936)

铂铑10-铂热电偶测量结果的不确定度评定

刘旭栋

(中国人民解放军第5719厂， 成都 611936)

热电偶是将温度转换为电势的一种感温元件，检测过程是通过电测仪器测量其热电势值，得到的测量结果不可避免地具有不确定度。根据测量不确定度评定与表示理论，针对检测过程中影响测量结果的因素，分析了工作用铂铑10-铂(S分度)热电偶测量不确定度的来源，评定了各分量引入的标准不确定度，得出了测量结果的扩展不确定度。要确保检测过程严格按标准方法进行测量，减少或排除随机的影响因素，提高测量结果的准确性和可靠性。

热电偶；测量结果；不确定度；评定

热电偶是工业生产和科研等过程中最常用的测量温度的传感器之一，工作用铂铑10-铂热电偶作为标准化热电偶，具有测量精度高、测量温度高、结构简单、动态响应快、稳定性好等优点[1]，在温度测量领域被广泛使用。

一切测量结果都不可避免地具有不确定度，测量不确定度是评估测量水平的指标，是判断测量结果的依据[2-3]。通过对铂铑10-铂热电偶测量结果的测量不确定度的评定，可以提高测量结果的可靠性，增强测量结果之间的可比性。

1 测量与计算

1.1 主要计量标准及设备

1)测量依据。JJG141-2013《工作用贵金属热电偶检定规程》[4]。

一级标准铂铑10-铂热电偶测量范围：419.527 ℃～1 084.620 ℃

2)热电偶检定炉。炉内温度最高点偏离炉子几何中心不大于20 mm，温度最高点±20 mm内有温度变化梯度≤0.4 ℃/10 mm的均匀温场。

1.2 测量

将一级标准铂铑10-铂热电偶和工作用铂铑10-铂热电偶捆扎在一起，确保测量端在同一垂直截面上，放入管式热电偶检定炉，用双极比较法在锌点(419.527 ℃)、铝点(660.323 ℃)、铜点(1 084.620 ℃)三个固定点进行校准。

Ⅱ级工作用铂铑10-铂热电偶测量次数不少于2次。其顺序为标准→被检1→被检2→被检n，再按相反的顺序回到标准，分别计算算术平均值，得到标准和被校热电偶的示值。

2 不确定度来源

U=kuc=2uc

uc= [u(t1)2+u(t2)2+u(t3)2+u(t4)2+u(t5)2+u(t6)2+u(t7)2]1/2

3 各不确定度分量的评定

3.1 被检热电偶重复性引入的标准不确定度u(t1)

因在任一温度点测量时，被校热电偶重复性情况类似，故对其在任一温度点进行重复性情况的分析，可代表其在其他温度点重复性情况的分析，现以1 084.620 ℃温度点测量情况分析评定。

用一级标准铂铑10-铂热电偶作为测量标准，测量Ⅱ级铂铑10-铂热电偶，在 1 084.620 ℃温度点的热电势进行10次等精度重复测量，测得被校热电偶数据为(单位：mV)：10.561、10.562、10.562、10.561、10.561、10.563、10.563、10.562、10.561、10.561。其不确定度为：

3.2 测量仪器误差引入的标准不确定度u(t2)

3.3 温场均匀性引入的标准不确定度u(t3)

3.4 测量回路寄生电势引入的标准不确定度u(t4)

3.5 参考端温度均匀性引入的标准不确定度u(t5)

3.6 标准热电偶测量结果引入的标准不确定度u(t6)

3.7 标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度u(t7)

在检定合格有效期内的一级标准铂铑10-铂热电偶，其年热电势变化(不稳定性)为5μV[8]，区间半宽度为2.5μV，为正态分布，k=3，不确定度为：

u(t7)=2.5/3≈0.83 μV

4 扩展不确定度计算

综上所述，将各不确定度分量汇总，见表2。

表2 各不确定度分量汇总表 μV

以上各项彼此独立不相关，工作用铂铑10-铂热电偶测量时的测量结果的合成标准不确定度为：

uc=[u(t1)2+u(t2)2+u(t3)2+u(t4)2+u(t5)2+u(t6)2+u(t7)2]1/2=3.93μV

U= 2uc= 2×3.93 =7.86 μV

经查常用热电偶分度表，可知热电偶在铜点(1 084.62 ℃)的微分电势值为11.8 μV/ ℃[9-10]，将扩展不确定度U换算成温度值，得：

U=7.86 μV ÷11.8 μV/℃≈0.67 ℃

5 结束语

通过对工作用铂铑10-铂热电偶测量结果的不确定度评定，扩展不确定度U为0.67 ℃，Ⅱ级铂铑10-铂热电偶的允许偏差为±2.7 ℃，则其比值为：

符合量传要求。

同时，通过评定分析可知，影响测量结果的因素较多，其中，温场均匀性和标准热电偶测量结果的影响最大。因此，在检测过程中应严格按标准方法进行测量，减少或排除随机的影响因素，提高测量结果的准确性和可靠性。

[1]刘常满.温度测量与仪表维修问答[M].北京：中国计量出版社，2000：141-142.

[2]李正东.测量不确定度评估简明教材[M].北京：中国计量出版社，2010：3-4.

[3]叶德培，赵峰，施昌彦，等.测量不确定度评定与表示(JJF1059.1-2012)[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4]陈桂生，付志勇，刘旭栋，等.工作用贵金属热电偶检定规程(JJG141-2013)[S].北京： 国家质检总局，2013.

[5] 宣安东.实用测量不确定度评定及案例[M].北京：中国计量出版社，2007：482-486.

[6] 刘常满.热工检测技术[M].北京：中国计量出版社，2005：54-56.

[7]中国合格评定国家认可委员会. 测量不确定度要求的实施指南(CNAS-GL05)[S].2011.

[8]郑芳.标准铂铑10-铂热电偶检定规程(JJG75-1995)[S].北京：中国计量出版社，1995.

[9]朱家良，卢仲碧，李元.数字温度指示调节仪检定规程(JJG617-1996)[S].北京：中国计量出版社，2004.

[10]李吉林.常用热电偶、热电阻分度表[M].北京：中国计量出版社，1998：10-11.

Uncertainty Evaluation of the Mensurement Results from Pt-Rh-10 Thermocouple

LIU Xudong

(No.5719 Factory of PLA，Chengdu 611936，China)

Thermocouple is a temperature sensing device，which made the temperature into a voltage. Through electrical measuring instrument to measure the thermal potential value, the calibration process is completed and the result is obtained. There will be uncertainty in this result inevitably. According to the theory of assessing and expressing the uncertainty, in allusion to the factors influencing the results of the calibration process, the source of uncertainty in calibrating Pt-Rh-10 thermocouple (S graduation) was analyzed. The standard uncertainty from the components was assessed，then the expanded uncertainty of the mensurement results was obtained. One ensures that the calibration process in strict accordance with the standard method to measure， reduce or eliminate the influence of random factors，improving the reliability of the measurement of marriage.

thermocouple；mensurement results；uncertainty；evaluation

2013-07-23；修改日期: 2014-07-01

刘旭栋 (1977-)， 男，学士，工程师，研究方向：热学计量检测技术。

TH811

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.010