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热电偶检定中电测量仪器的不确定度
作者:管理员    发布于:2018-04-14 09:03:15    文字:【】【】【

  热电偶的检定必须通过电测量仪器或设备(以下简称仪器)完成。根据90国际温标,热电偶的分度和检定(以下均以检定代称)均采用比较法。而在300°C以上的检定中,标准和被检热电偶多采用同一台仪器进行测量。除去同型号贵金属热电偶采用同名极法和微差法外,在使用同一台仪器同一量程进行测量时,仪器的不确定度对检定结果的贡献不仅与仪器本身的误差有关,而且还要考虑相关影响。标准和被检热电偶热电势测量值存在着不能忽略的相关。

  使用环境条件给仪器带来的影响也不能忽视。

  在现行热电偶检定规程中大多规定“电测设备环境条件应符合使用要求”。实际上仪器的允许使用条件(使用要求)和保证准确度条件并不一致,仪器所给出的准确度或允许基本误差是指检定条件即保证准确度条件下确定的,而脱离这个条件即在允许使用条件下也会由于外界因素影响造成的变化量形成附加误差。仪器技术说明书或有关技术中分别给出这两种条件。若二者相差很多,则相应的技术要求相差也大。环境条件中,主要是温、湿度影响。下面以工作热电偶检定为例对以上两个问题进行讨论。

  一、热电偶对分度表误差的计算式(1)为工作热电偶对分度表的误差计算式e标―e标e被十―标S被―e被分得的热电势平均值(mV);e标为标准热电偶证书给出的检定点的对应电e被分为被检热电偶分度表给出的检定点的对应电势值(mV);S被、S标为被检和标准热电偶在检定点的热电势率(V厂。

  为了便于问题的讨论,将+(e标/S标―e被分/S被)=e被/S被一e/S标;=e标/S标一e被分/S被,其他同合格与否的基本依据。同一类合格产品都应在这个允许范围内。就整体而言,误差应按一定规律分布,其值可大可小,可正可负。但对产品中某一个体具体到一特定仪器,其误差大小、正负是已知的,它属于已定系统误差。一台合格的仪器在同一量程中,测量值的误差分布基本是同向,其变化值也应同向,即测量值间存在强相关。据此推断可以把两个测量值的误差被、Ae标对于测量结果的影响作为一个分量,以消除相关因素影响。对于式(2)中的Ati可以设:测量值的误差;n为Ae被、Ae标比值,可为整数或小数,Atg为Ati的综合误差。

  显然式(4)中不再有Ae被、Ae标相关影响。由式(4),Ati的标准差为:实际上e被、e标作为同一测量体系的两个分量,由式(2)中的Ati可以认定e被、e标为负相关,相关系数7=―1.由不确定度传播律,其合成方差为:标)由式(6)其合成标准不确定度为:式(6)、(7)中,U(e被)=Ae被/k,u(e标)=Ae标/k为e被、e标的标准差;i/S被,i/S标视作灵敏系数。

  (7)简捷。

  下面以K型热电偶在i000°C检定为例进行说明。

  直流电位差计允许基本误差按下式(8)计算W:Un为各有效量程基准值、应为该量程内大的i0的整数幂;X为测量盘数值;a为准确度等级。

  在i000°C、S型(作标准)和K型热电偶热电势由式(10),e标、e被的变化分别为:由式(7),来源于环境温度附加误差的标准不确定度为:於山二044°C四、关于分辨力与小步进值数字仪表分辨力导致的不确定度以0. 5个分辨力作为均匀分布的半宽,上例中应为0.5MV.标准和被检热电偶测量时仪器分辨力不相关,合成后的不确定度相当于两个相同均匀分布的合成,属于三角形分布,k=T6式(6)中令7=0,则合成标准不确定度为:对于电位差计存在由小步进值带来的不确定度,计算方法同分辨力。前例中0.02级电位差计小步进值为0. 1MV,其不确定度忽略不计。

  仪器的分辨力和小步进值引入误差所决定的不确定度属于随机效应,具有抵偿性,其对测量结果的影响随测量次数增加而减小。

  以上分析的各不确定度分量可以与热电偶检定的其他不确定度分量一起合成,也可就这部分先行合成。下面是这部分合成标准不确定度的计算。由式(6)、当7=0,灵敏系数为1,对电位差计为:对数字表为:以上合成标准不确定度的各分量,除数字表分辨力认为可靠、自由度为外卜,其他各分量认为可信度为80,即标准不确定度的相对不确定度为20、自由度为12〔1.由此可按韦尔奇一萨特思韦公式计算有效自由度Ve55.五、结论根据前面对热电偶检定中仪器不确定度的分析计算可以看出:1.热电偶检定中标准和被检热电偶测量值间存在着强负相关。因此仪器的不确定度不仅与仪器本身的允许基本误差有关,而且应考虑相关影响。

  两组测量值越接近其不确定度越小。如用标准S型检定S型和R型热电偶时,仪器的不确定度可以忽略不计。

  2检定时环境条件必须重视。它是使用条件下决定仪器不确定度的重要分量。在确定仪器不确定度时应综合考虑。当提供环境条件较好时,可放宽对仪器准确度的要求。

  3.仪器按相当0.02级电位差计准确度要求,其不确定度对测量结果的贡献偏小。与测量结果的主要分量、标准热电偶不确定度相比还不到一等标准的1/3,二等标准的1/4.因此对仪器准确度的要求可考虑适当放宽。

脚注信息
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