熱電偶建標(biāo)技術(shù)報(bào)告

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告計(jì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 名 稱 二等鉑銠10鉑熱電偶標(biāo)準(zhǔn)裝置 建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)單位 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)人 籌 建 起 止 日 期 說 明 1. 申請建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)填寫計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核合格后由申請單位存檔。 2.計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)人填寫。 3.計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告用計(jì)算機(jī)打印或墨水填寫，要求字跡工整。 目 錄一、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成( 1 )二、選用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備( 2 )三、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)( 3 )四、環(huán)境條件( 3 )五、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖( 4 )六、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量重復(fù)性考核( 5 )七、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核( 6 )八、測量不確定度評定( 7 )九、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度驗(yàn)證( 15 )十、結(jié)論( 16 )十一、附加說明( 16 )一、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成一、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量器具檢定規(guī)程JJG160-92、JJG75-195、JJG141-83、JJG351-96、JJG229-98的要求進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)熱電偶既作為檢定爐的控溫?zé)犭娕迹肿鳛闄z定的標(biāo)準(zhǔn)；冷端與銅導(dǎo)線相接放入裝有冰水混合物的冰瓶中；銅導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)（E）輸入端；VST.R-200測控儀通過檢測開關(guān)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(jì)算機(jī)通訊；而計(jì)算機(jī)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(dá)到控制檢定爐的溫度。VST.R-200系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)通過內(nèi)置的D/D卡控制VST.R-200測控儀的檢測回路開關(guān)，并根據(jù)測得的二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電勢換算出檢定爐的當(dāng)前溫度，按照設(shè)定溫度點(diǎn)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(shí)現(xiàn)檢定爐爐溫的自動控制。 檢定測量原理：當(dāng)爐溫控制達(dá)到設(shè)定點(diǎn)要求時，計(jì)算機(jī)控制D/D卡循環(huán)切換VST.R-200測控儀的檢測開關(guān)；每切換一個檢測開關(guān)的同時，計(jì)算機(jī)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?yàn)椋和ǖ?檢測標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)熱電偶、被檢熱電偶），在同一個溫度檢定點(diǎn)，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(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器名稱型號測量范圍不確定度準(zhǔn)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(shè)備高溫爐檢定控溫伺服器測溫元件檢定測控儀主機(jī)冰點(diǎn)槽三、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)1、測量范圍：(3001200)2、擴(kuò)展不確定度：1.2四、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件名稱要求實(shí)際情況結(jié)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(qiáng)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(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖六、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量重復(fù)性考核 用兩支編號為1和2有合格證書的二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,一支作標(biāo)準(zhǔn)(: 1)一支作被檢（: 2）,按檢定規(guī)程要求裝入檢定爐,在鋁點(diǎn)660.323待爐溫達(dá)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(dá)到鋁點(diǎn)660.323，穩(wěn)定后測量被檢熱電偶熱電勢，重復(fù)以上六次測得結(jié)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(fù)性最大值為0.06489小于0.2符合要求。七、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核 用一支編號為123合格證書的二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,作標(biāo)準(zhǔn)按檢定規(guī)程要求裝入檢定爐,在800待爐溫達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)為400、600、800、1000、1200或根據(jù)使用需要增加的其它檢定點(diǎn)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)偶；3檢定爐；4冰點(diǎn)恒溫器；5多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)；6數(shù)字電壓表 檢定過程要求：檢定爐實(shí)際溫度偏離檢定點(diǎn)溫度小于5；檢定爐工作溫場內(nèi)任意兩點(diǎn)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)偶及主要配套設(shè)備均經(jīng)檢定合格，并處于有效期內(nèi)。3、數(shù)學(xué)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(diǎn)上的熱電動勢E被(t)，可用下式計(jì)算： E被(t)= E被 +( E標(biāo)- E標(biāo))/S標(biāo)* S被 (1)式中：E標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書上所給出的熱電動勢值；E被、 E標(biāo)：分別為分度時,被檢熱電偶熱電勢的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶熱電勢的算術(shù)平均值；S標(biāo)、S被：分別為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、被檢熱電偶在檢定點(diǎn)溫度的微分熱電動勢。由以上數(shù)學(xué)模型可知靈敏系數(shù)為：C1= E被(t)/ E被=1C2= E被(t)/ E標(biāo) =C3= E被(t)/ E標(biāo)=-4輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定4.1標(biāo)準(zhǔn)偶傳遞引起的不確定度u(E標(biāo))由二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶證書報(bào)告可知：二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.7 置信水平k=2.68,正態(tài)分布 u(E標(biāo))為：0.6/2.680.26 相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)裝置正常的工作條件下，對鎳鉻-鎳硅熱電偶在檢定點(diǎn)1000，重復(fù)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度為：= 0.12(V)4.3輸入量E被的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E被)的評定a） 電測設(shè)備引起的不確定度 對于被檢鎳鉻-鎳硅熱電偶，使用測量設(shè)備數(shù)字多用表KEITHLEY2000在0100mV 的準(zhǔn)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(shè)備引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(E被1) =5.05/ =2.9（V）b） 轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生熱電勢帶來的不確定度按規(guī)程要求，轉(zhuǎn)換開關(guān)最大寄生熱電勢應(yīng)小于1V，按均勻分布得到此項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(E被2) =1/ =0.6（V）c） 檢定點(diǎn)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(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(E被3) =0.12/=0.07 相當(dāng)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(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 u(E被4) =1/=0.58 相當(dāng)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(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 u(E被5) =0.1/=0.058 相當(dāng)于2.4V則輸入量E被的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E被)為：u(E被)=24.3V4.4輸入量E標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E標(biāo))的評定a） 電測設(shè)備引起的不確定度 對于二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，測量設(shè)備數(shù)字多用表KEITHLEY2000在0100mV 的準(zhǔn)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(shè)備引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(E標(biāo)1) =3.5/=2.0（V）b） 轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生熱電勢帶來的不確定度按規(guī)程要求，轉(zhuǎn)換開關(guān)最大寄生熱電勢應(yīng)小于1V，按均勻分布得到此項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(E標(biāo)2) =1/=0.58Vc） 標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 u(E標(biāo)3) =0.1/=0.058 相當(dāng)于0.6Vd) 檢定爐工作溫場的不均勻性引入的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為（W）u(E標(biāo)4)）V則輸入量E標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E標(biāo))為：u(E標(biāo))= 4.0(V)4.5 輸入量S標(biāo)、S被的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(S標(biāo))、u(S被)的評定輸入量S標(biāo)、S被是在ITS-90溫標(biāo)下用近似方法得到的，但其準(zhǔn)確度完全可滿足該類熱電偶使用準(zhǔn)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(jì)分布標(biāo)準(zhǔn)不確定度值自由度Vi符號量值（V）1標(biāo)準(zhǔn)偶傳遞引起的不確定度B正態(tài)u(e標(biāo))2.22電測設(shè)備引起的B均勻u(e被)u(e被1)2.93轉(zhuǎn)換開關(guān)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(shè)備引起的B均勻u(e標(biāo))u(e標(biāo)1)2.08轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生熱電勢帶來的B均勻u(e標(biāo)2)0.589熱電偶參考端溫度不均引起B(yǎng)均勻u(e標(biāo)3)0.610爐溫均勻性帶來的B均勻u(e標(biāo)4)3.410被檢偶重復(fù)性AuA0.125K型熱電偶在1000的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度以上各不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=28.4 (V=0.7取置信水準(zhǔn)P=0.95，k=26. K型熱電偶在1000擴(kuò)展不確定度擴(kuò)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(kuò)展不確定度為U=1.6，擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展的不確定度在上述中去掉u(e被)項(xiàng)就可得到二等鉑銠10-鉑熱電偶標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展的不確定度=4.5(V)=0.5擴(kuò)展不確定度為U=kuc =24.5=9.0V =1.0，k=2九、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度驗(yàn)證 用兩支編號為2004-176和2004-177有合格證書的二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行比對試驗(yàn)。檢定時一支作標(biāo)準(zhǔn)(2004-176)一支作被檢（2004-177）,檢定鋅、鋁、銅三個固定點(diǎn),檢定完后,將被檢的熱電偶的檢定結(jié)果和該熱電偶送上級計(jì)量部門檢定的結(jié)果進(jìn)行比較。在本裝置上檢定的結(jié)果為a,上級部門檢定的結(jié)果為b,按要求求出被檢熱電偶兩組檢定結(jié)果的最大差值。a - b A (修正后 A=U)檢定點(diǎn)鋅鋁銅上級檢定結(jié)果(mV)b 3.4505.86310.586本裝置檢定結(jié)果(mV)a3.443295.8557610.57946比對結(jié)果差值(vV