熱電偶建標技術報告

計量標準技術報告計 量 標 準 名 稱 二等鉑銠10鉑熱電偶標準裝置 建立計量標準單位 計量標準負責人 籌 建 起 止 日 期 說 明 1. 申請建立計量標準應填寫計量標準技術報告。計量標準考核合格后由申請單位存檔。 2.計量標準技術報告由計量標準負責人填寫。 3.計量標準技術報告用計算機打印或墨水填寫，要求字跡工整。 目 錄一、計量標準的工作原理及其組成( 1 )二、選用的計量標準器及主要配套設備( 2 )三、計量標準的主要技術指標( 3 )四、環(huán)境條件( 3 )五、計量標準的量值溯源和傳遞框圖( 4 )六、計量標準的測量重復性考核( 5 )七、計量標準的穩(wěn)定性考核( 6 )八、測量不確定度評定( 7 )九、計量標準的測量不確定度驗證( 15 )十、結論( 16 )十一、附加說明( 16 )一、計量標準的工作原理及其組成一、計量標準的組成及其原理(一)、概述 VST.R-992工業(yè)熱電偶、熱電阻自動檢定系統(tǒng)（以下簡稱VST.R-992系統(tǒng)）完全按照中華人民共和國計量器具檢定規(guī)程JJG160-92、JJG75-195、JJG141-83、JJG351-96、JJG229-98的要求進行自動檢定工作。（二）、系統(tǒng)組成及工作原理VST.R-200工業(yè)熱電偶熱電阻自動檢定系統(tǒng)的組成如圖 所示。1、檢定熱電偶如圖1。 檢定控制原理：二等標準熱電偶既作為檢定爐的控溫熱電偶，又作為檢定的標準；冷端與銅導線相接放入裝有冰水混合物的冰瓶中；銅導線的另一端接VST.R-200測溫元件自動檢定裝置測控儀（以下簡稱VST.R-200測控儀）的標準（E）輸入端；VST.R-200測控儀通過檢測開關把信號輸送到數(shù)字萬用表的測量輸入端；數(shù)字萬用表通過RS-232與計算機通訊；而計算機通過內(nèi)置的D/A卡經(jīng)過VST.R-200測控儀，觸發(fā)VST.R-200測溫元件自動檢定裝置伺服器（以下簡稱VST.R-200伺服器）的可控硅輸出以達到控制檢定爐的溫度。VST.R-200系統(tǒng)以計算機為中心，在ITVS2000系統(tǒng)軟件的支持下，整個形成一個閉環(huán)控制回路。 計算機通過內(nèi)置的D/D卡控制VST.R-200測控儀的檢測回路開關，并根據(jù)測得的二等標準熱電偶的熱電勢換算出檢定爐的當前溫度，按照設定溫度點的要求控制VST.R-200伺服器，以改變檢定爐的加熱電流，從而實現(xiàn)檢定爐爐溫的自動控制。 檢定測量原理：當爐溫控制達到設定點要求時，計算機控制D/D卡循環(huán)切換VST.R-200測控儀的檢測開關；每切換一個檢測開關的同時，計算機控制數(shù)字萬用表及時檢測一個熱電偶的信號，直到檢測完所有熱電偶的電勢值。其循序為：通道1檢測標準熱電偶通道2檢測被檢偶一通道3檢測被檢偶二通道X檢測被檢偶X， 通道1檢測標準熱電偶通道2檢測被檢偶一通道3檢測被檢偶二通道X檢測被檢偶X 一共往還三次；即每支熱電偶（包括標準熱電偶、被檢熱電偶），在同一個溫度檢定點，至少檢測六個數(shù)據(jù)；并把所有的檢測數(shù)據(jù)以文件的形式存于硬盤，并可打印輸出。二、 組成二、選用的計量標準器及主要配套設備計量標準器名稱型號測量范圍不確定度準確度等級或最大允許誤差制造廠及出廠編號檢定證書號二等鉑銠10-鉑熱電偶二等鉑銠10-鉑熱電偶數(shù)字萬用表主要配套設備高溫爐檢定控溫伺服器測溫元件檢定測控儀主機冰點槽三、計量標準主要技術指標1、測量范圍：(3001200)2、擴展不確定度：1.2四、實驗室環(huán)境條件名稱要求實際情況結論溫度(205)21合格濕度(4575)%63%合格防振無振動不影響檢定合格防磁無強磁場不影響檢定合格防塵無灰塵干凈合格工作服、鞋配齊專用合格工作臺擺放整齊整齊合格五、計量標準的量值溯源和傳遞框圖六、計量標準的測量重復性考核 用兩支編號為1和2有合格證書的二等標準熱電偶,一支作標準(: 1)一支作被檢（: 2）,按檢定規(guī)程要求裝入檢定爐,在鋁點660.323待爐溫達到完全穩(wěn)定后測得被檢熱電偶熱電勢。測量完畢，破壞爐內(nèi)恒定溫度再重新達到鋁點660.323，穩(wěn)定后測量被檢熱電偶熱電勢，重復以上六次測得結果如下表：序號iXi-(Xi-)215.857960.00117136.8910-825.85661-0.000183.2410-835.85646-0.0003310.8910-845.85721-0.0004217.6410-855.85624-0.0005530.2510-865.85626-0.0005328.0910-8平均5.85679 S=6.737910-40.0104 = 0.06489 重復性最大值為0.06489小于0.2符合要求。七、計量標準的穩(wěn)定性考核 用一支編號為123合格證書的二等標準熱電偶,作標準按檢定規(guī)程要求裝入檢定爐,在800待爐溫達到完全穩(wěn)定后測得被檢熱電偶數(shù)據(jù)采集如下表：時間/月檢定值（m V）133.1422233.2671333.2701433.2694533.2687633.2752最大溫度變化值0.0102 穩(wěn)定性最大溫度變化值為 0.0102 mV(0.2)小于1.2符合要求。 八、測量不確定度平定1、測量依據(jù)根據(jù)JJG3511996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程2、測量方法：將標準熱電偶與被檢工作用K型熱電偶置于檢定爐中，采用雙極比較法，在檢定點為400、600、800、1000、1200或根據(jù)使用需要增加的其它檢定點進行檢定。測量示意圖如下： 1 2 3 4 5 6圖1 檢定級K型熱電偶示意圖1被檢偶；2標準偶；3檢定爐；4冰點恒溫器；5多點轉(zhuǎn)換開關；6數(shù)字電壓表 檢定過程要求：檢定爐實際溫度偏離檢定點溫度小于5；檢定爐工作溫場內(nèi)任意兩點溫差不大于1；每支熱電偶循環(huán)讀數(shù)4次；測量時爐溫變化不大于0.25；冰點恒溫器內(nèi)溫度為（0.00.1）；數(shù)字電壓表要求的環(huán)境溫度為（235）。標準偶及主要配套設備均經(jīng)檢定合格，并處于有效期內(nèi)。3、數(shù)學模型及靈敏系數(shù)用雙極法檢定時，被檢熱電偶在各檢定點上的熱電動勢E被(t)，可用下式計算： E被(t)= E被 +( E標- E標)/S標* S被 (1)式中：E標：標準熱電偶證書上所給出的熱電動勢值；E被、 E標：分別為分度時,被檢熱電偶熱電勢的算術平均值和標準熱電偶熱電勢的算術平均值；S標、S被：分別為標準熱電偶、被檢熱電偶在檢定點溫度的微分熱電動勢。由以上數(shù)學模型可知靈敏系數(shù)為：C1= E被(t)/ E被=1C2= E被(t)/ E標 =C3= E被(t)/ E標=-4輸入量的標準不確定度評定4.1標準偶傳遞引起的不確定度u(E標)由二等標準鉑銠10-鉑熱電偶證書報告可知：二等標準鉑銠10-鉑熱電偶測量結果的擴展不確定度為：U=0.7 置信水平k=2.68,正態(tài)分布 u(E標)為：0.6/2.680.26 相當于2.8V4.2 A類不確定度評定選用一支二等鉑銠10-鉑熱電偶，在標準裝置正常的工作條件下，對鎳鉻-鎳硅熱電偶在檢定點1000，重復進行6次測量數(shù)據(jù)如下：次 數(shù)123456平均值測量值(mV) 41.0934841.0936141.0928641.0928641.0928641.0930941.09313則由此引起的A類標準不確定度為：= 0.12(V)4.3輸入量E被的標準不確定度u(E被)的評定a） 電測設備引起的不確定度 對于被檢鎳鉻-鎳硅熱電偶，使用測量設備數(shù)字多用表KEITHLEY2000在0100mV 的準確度為(0.005%rdg+0.003%F.S)，在測量1000時, 數(shù)字多用表KEITHLEY2000的允許基本誤差為：5.05V,按均勻分布考慮，則電測設備引起的標準不確定度為：u(E被1) =5.05/ =2.9（V）b） 轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢帶來的不確定度按規(guī)程要求，轉(zhuǎn)換開關最大寄生熱電勢應小于1V，按均勻分布得到此項的標準不確定度為：u(E被2) =1/ =0.6（V）c） 檢定點爐溫變化、波動引起的不確定度爐溫變化的影響取0.25/2=0.12，按均勻分布得到此項的標準不確定度為：u(E被3) =0.12/=0.07 相當于2.9 Vd） 爐溫度場均勻性帶來的不確定度1,按均勻分布得到此項的標準不確定度為 u(E被4) =1/=0.58 相當于23.8Ve） 被檢熱電偶參考端(0)不確定帶來的不確定度0.1,按均勻分布得到此項的標準不確定度為 u(E被5) =0.1/=0.058 相當于2.4V則輸入量E被的標準不確定度u(E被)為：u(E被)=24.3V4.4輸入量E標的標準不確定度u(E標)的評定a） 電測設備引起的不確定度 對于二等標準熱電偶，測量設備數(shù)字多用表KEITHLEY2000在0100mV 的準確度為：(0.005%rdg+0.003%F.S)，在測量1000時, 數(shù)字多用表的允許基本誤差為：3.5V,按均勻分布考慮，則電測設備引起的標準不確定度為：u(E標1) =3.5/=2.0（V）b） 轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢帶來的不確定度按規(guī)程要求，轉(zhuǎn)換開關最大寄生熱電勢應小于1V，按均勻分布得到此項的標準不確定度為：u(E標2) =1/=0.58Vc） 標準熱電偶參考端(0)不確定帶來的不確定度0.1,按均勻分布得到此項的標準不確定度為 u(E標3) =0.1/=0.058 相當于0.6Vd) 檢定爐工作溫場的不均勻性引入的B類標準不確定度為（W）u(E標4)）V則輸入量E標的標準不確定度u(E標)為：u(E標)= 4.0(V)4.5 輸入量S標、S被的標準不確定度u(S標)、u(S被)的評定輸入量S標、S被是在ITS-90溫標下用近似方法得到的，但其準確度完全可滿足該類熱電偶使用準確度要求，其由有效位數(shù)等原因引起的不確定度因微小而忽略。序號不確定度分量來源類別估計分布標準不確定度值自由度Vi符號量值（V）1標準偶傳遞引起的不確定度B正態(tài)u(e標)2.22電測設備引起的B均勻u(e被)u(e被1)2.93轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢帶來的B均勻u(e被2)0.64檢定爐溫變化、波動引起的B均勻u(e被3)2.95爐溫均勻性帶來的B均勻u(e被4 )22.66熱電偶參考端溫度不均引起B(yǎng)均勻u(e被5)2.47電測設備引起的B均勻u(e標)u(e標1)2.08轉(zhuǎn)換開關寄生熱電勢帶來的B均勻u(e標2)0.589熱電偶參考端溫度不均引起B(yǎng)均勻u(e標3)0.610爐溫均勻性帶來的B均勻u(e標4)3.410被檢偶重復性AuA0.125K型熱電偶在1000的合成標準不確定度以上各不確定度分量互不相關，則合成標準不確定度為：=28.4 (V=0.7取置信水準P=0.95，k=26. K型熱電偶在1000擴展不確定度擴展不確定度為U=kuc =228.4=56.8(V)換算成溫度為：U=1.4，k=2II 級K型熱電偶在1000允許誤差為7.5，擴展不確定度為U=1.6，擴展不確定度約為允許誤差的五分之一，完全可以開展II 級K型熱電偶的檢定工作。7、二等鉑銠10-鉑熱電偶標準裝置的擴展的不確定度在上述中去掉u(e被)項就可得到二等鉑銠10-鉑熱電偶標準裝置的擴展的不確定度=4.5(V)=0.5擴展不確定度為U=kuc =24.5=9.0V =1.0，k=2九、計量標準測量不確定度驗證 用兩支編號為2004-176和2004-177有合格證書的二等標準熱電偶進行比對試驗。檢定時一支作標準(2004-176)一支作被檢（2004-177）,檢定鋅、鋁、銅三個固定點,檢定完后,將被檢的熱電偶的檢定結果和該熱電偶送上級計量部門檢定的結果進行比較。在本裝置上檢定的結果為a,上級部門檢定的結果為b,按要求求出被檢熱電偶兩組檢定結果的最大差值。a - b A (修正后 A=U)檢定點鋅鋁銅上級檢定結果(mV)b 3.4505.86310.586本裝置檢定結果(mV)a3.443295.8557610.57946比對結果差值(vV