新版工作用廉金属热电偶测量结果不确定度评定

蔡峰 杨树根 张浩

摘要：以工作用廉金属热电偶测量结果为研究对象，论述了新校准规范中廉金属热电偶测量值的误差来源及测量结果的不确定度分析。

关键词：廉金属热电偶；金属均温块；不确定度

Uncertainty Evaluation of Measurement Results of Working Base Metal Thermocouple under New Calibration Specification

Cai Feng Yang Shugen Zhang Hao

Abstract： Taking the measurement results of working base metal thermocouple as the research object，this paper discusses the error sources and uncertainty of the measuring results under the new calibration specifications.

Keywords： base metal thermocouple，metal temperature block，uncertainty evaluation

1 概述

1.1 测量依据：JJF1637—2017《廉金属热电偶校准规范》。

1.2 被测对象：Ⅱ级工作用K型热电偶

1.3 测量环境条件：温度（20±1）℃；湿度（40～70）%RH。

1.4 校准方法

采用比较法中的双极法，在管式炉中放置金属均温块，将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准偶）套上陶瓷保护管，与被校准热电偶分别插入金属均温块中进行比较，测量标准热电偶和被校热电偶的热电动势。

2 数学模型

分度时，被校热电偶在校准温度点上的热电动势采用下式计算：

4 计算标准不确定度分量

4.1被校热电偶输入量 带来的不确定度

输入量 的标准不确定度 ，其来源有被校热电偶的重复性测量、电测设备测量误差、炉内金属均温块径向温场的不均匀性、炉温的波动、转换开关接触电势、参考端温度不等于0℃、补偿导线等。

4.1.1被校热电偶重复测量带来的不确定度

用标准偶对被校准热电偶（K型）在1000℃进行重复测量，测得10个重复性测量数据，测量值及计算结果见表1，按A类方法评定，服从正态分布。

4.1.2电测设备测量误差引入的不确定度

校准热电偶热电动势使用的数字表为KEITHLEY2010，量程为100mV，它的测量值的误差按一年内的准确度得到，为±（37 10-6读数+ 9 10-6量程），按对应校准点，读数取41.276mV，量程100mV，误差 2.427 。按均匀分布考虑，包含因子 ，半宽为2.427 V。则标准不确定度为

=2.427/ 1.401

4.1.3金属均温块径向温场不均匀引入的不确定度

校准时，由于炉内放置的金属均温块径向温场不均匀，经测试最大差值为0.10℃，换算成热电势为3.898 V。按均匀分布考虑，包含因子 ，取半宽为1.949 V。则标准不确定度为

=1.949/ 1.125

4.1.4炉温波动引入的不确定度

每一组独立测量时，由标准偶测得温场实际变化最大不超过0.100℃，以微分电势38.98 V/℃计算其带来的最大误差为3.898 V。按均匀分布考虑，包含因子 ，取半宽为1.949 V。则标准不确定度为

=1.949/ 1.125

4.1.5转换开关接触电势引入的不确定度

转换开关接触电势允许误差±0.2 V。按均匀分布考虑，包含因子 ，取半宽为0.2 V。则标准不确定度为

=0.2/ 0.115

4.1.6参考端不等于0℃引入的不确定度

经测量参考端不为0℃，误差为0.05℃，以微分电势39.45 V/℃计算，换算成热电势值为1.973 V。按均匀分布考虑，包含因子 ，则标准不确定度为

=1.973/ 1.139

因此，输入量 的标准不确定度 的合成为

= 3.352 （ ）

4.2輸入量 带来的不确定度

标准偶在1000℃温度点热电动势的标准不确定度 ：

2.308

4.3输入量 带来的不确定度

标准偶重复测量引入的不确定度 ：标准偶在1000℃独立重复测量，测得10 个重复性测量数据，测量值及计算结果见表2，按A类方法评定，服从正态分布。