二等铂铑10-铂热电偶标准装置技术报告.doc

一、建立计量标准的目的 建立本计量标准的目的是为了更好地在企业内部开展计量标准的量传与溯源。建立计量标准不仅会给企业带来一定的经济效益，还包含着一定的社会效益（如有可能可以对外开展技术服务，增加收益），同时也标志着企业计量水平的一个方面。二、计量标准的工作原理及其组成 工作原理：采用双极比较法检定工作用热电偶。 组成：二等标准铂铑10-铂热电偶、数字多用表、低电势扫描控制器、恒温油槽和热电偶检定炉等。三、选用的计量标准器及主要配套设备计量标准器名 称型 号测量范围不确定度或准确度等级或最大允许误差制造厂及出厂编号检定或 校准机构检定周期或复校间隔标准铂铂铑10-铂热电偶WRPB-2(3001300)二等 昆明大方自控公司S11-3259陕西省计量科学研究院一年标准铂铑10-铂热电偶WRPB-1(3001300)一等昆明大方自控公司2009-145陕西省计量科学研究院一年主要配套设备数字多用表KEITHLEY2010（01000）V7位美国吉时利仪器公司1384968陕西省计量科学研究院一年恒温油槽HWC-Y(室温300) 温差U=1mK k=2;波动度U=2 mK k=2 山东省计量仪器实验厂2007027榆林市计量测试所一年热电偶检定炉YG-3(3001300)U=0.04 k=2山东省计量仪器实验厂200708榆林市计量测试所一年游标卡尺（0150）mm（0150）mm0.02mm无锡锡工02050123榆林市计量测试所一年兆欧表ZC25-4（01000）100级上海康海仪器NO：09041535榆林市计量测试所一年四、计量标准的主要技术指标1、 二等标准热电偶型号规格：WRPB-2准确度等级：二等测温范围：(3001300)2、 一等标准热电偶型号规格：WRPB-1准确度等级：一等测温范围：(3001300)3、 数字多用表型号规格：KEITHLEY2010准确度等级：7位测量范围：（01000）V五、环境条件项 目要 求实际情况结论温 度（205）(1825)合格湿 度80%RH（35%75%）RH合格六、计量标准的量值溯源和传递框图上一级计量器具一等标准铂铑10-铂热电偶准确度等级:一等陕西省计量科学研究院比较法本级计量器具标准铂铑10-铂热电偶测量范围(3001300) 准确度等级:二等双极比较法下一级计量器具工业用热电偶测量范围(3001200)准确度等级：工业I级、II级七、计量标准的重复性试验计量标准的重复性通常用测得值的实验标准差来表示，要求是S1S，其中S1：测得值的实验标准差；S：不确定度评定中S值。选择一支II级工业用镍铬-镍硅热电偶做为被测量对象，用一支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准，对它在1000点的热电动势进行重复10次测量，测得数据为41.321、41.320、41.321、41.322、41.322、41.322、41.322、41.324、41.323、41.324mV。则 41.3222mV单次实验标准差为 由于S1S （不确定度评定中 S0.0017 mV） 所以重复性符合要求。八、计量标准的稳定性考核用该二等标准铂铑10-铂热电偶对一稳定的被测量对象工业II级镍铬-镍硅热电偶，选择1000点为测量点，每隔4个月进行一组10次的测量，共观测4组，各组的测得数据及测得结果如下表所示： 工业用II级镍铬-镍硅热电偶在1000时在一年内测量的四组数据 mV 次序号1234578910平均值时间测得值 2012年0月41.32641.31941.32141.32141.32641.32941.32241.32441.32741.32541.3242012年07月41.32141.32141.32041.32041.32141.32141.32241.32041.32341.32341.32122012年11月41.32141.3241.32141.32141.32141.32041.32041.32141.32041.32141.32072013年03月41.32841.33241.33441.32941.32641.33341.32741.32641.33241.32941.3297 根据以上四组数据，测得稳定性为： 41.3297-41.3207=.009mV由于 =0.032mV 所以该标准装置的稳定性符合要求。 九、检定或校准结果的测量不确定度的评定级工作用镍铬-镍硅热电偶热电动热测量结果的不确定度评定1 概述1.1 测量依据：JJG-351-1996工作用廉金属热电偶检定规程1.2 测量环境条件：温度（1825），湿度（3575）%RH1.3 测量标准及其主要技术要求二等标准铂铑10-铂热电偶，锌、铝（锑）、铜三凝固点温度的分度值的扩展不确定度U为（0.61.0），置信概率0.99;数字多用表电压档允许误差为（0.005%示值+0.0035）mV1.4被测量对象及其主要性能级工作用镍铬-镍硅热电偶，在（3001100）范围内误差不超过2.5或0.75%。1.5 测量参数与简单测量方法工作用镍铬-镍硅热电偶在（3001100）间的热电动势是由其测量端在所需测量温度点、参考端为0时的热电动势与二等标准铂铑10-铂热电偶在相同温度点的热电动势以及标准偶、被测偶的微分热电动势得到的。用数字多用表可测量被测和标准热电偶在各测点附近温度点 的热电动势 和，由与己知的标准热电偶在各测点 t 的分度值以及微分热电动势可计算出测量时实际温度与所测量温度点的差值 （|5），由t、被测偶微分热电动势以及进一步计算出被测偶在所需测量温度点的热电动势。1.6 评定结果的使用在符合上述条件下的常规测量中，本测量不确定度评定可直接用于重复性条件下或复现性条件下的测量结果。2 数学模型 式中：）被测热电偶在需测量温度点t的热电动势; 被测热电偶在测量时（温度点）的热电动势; 标准热电偶在需测量温度点t的分度值 标准热电偶在测量时（温度点）的热电动势;、标准、被测偶在需测量点温度t的微分热电动势。3 输入量的标准不确定度评定3.1输入量的标准不确定度的评定输入量的标准不确定度不确定度来源于被测热电偶测量不重复性、数字电压表测量误差、检定炉温场分布不均、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不均。3.1.1标准不确定度的评定 输入量的标准不确定度不确定度来源于被测热电偶测量不重复性，采用A类方法进行评定。 因在任一温度点测量时，被测偶重复性情况类似，故对其在任一温度点进行重复测量情况的分析，可代表其在其他温度点的测量重复性情况的分析。现以1000的测量情况为例分析。将一支级镍铬-镍硅热电偶用一支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准对它在1000的热电动势进行重复10次测量，测得数据为41.320、41.320、41.321、41.322、41.322、41.322、41.323、41.324、41.325、41.324mV。则 41.3223mV单次实验标准差为 同样方法，将另5支级镍铬-镍硅热电偶分别用5支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准，分别对它们在1000的热电动势进行重复10次测量，获得5组数据的单次实验标准差分别为s2=0.0018mV, s3=0.0018mV, s4=0.0017mV, s5=0.0016mV, s6=0.0018mV则合并样本标准差sp为0.0017 mV。实际测量时，测量次数为4次，以测得值的平均值为测量结果。则该结果的标准不确定度为 标准不确定度u（e被1）自由度为 3.1.2 标准不确定度 的评定标准不确定度 由数字多用表电压档测量误差引起，采用B类方法进行评定。根据数字多用表电压档检定结果可得：检定后1年内其示值误差为： （0.005%示值+0.0035）mV在区间内可以认为均匀分布， ，以整百度计算为例，结果见表1所示。 表1 标准不确定度的计算测量温度30040050060070080090010001100最大示值mV12.516.521.025.029.533.537.541.545.5示值误差V4.14.34.64.85.05.25.45.65.8半宽a被2为V4.14.34.64.85.05.25.45.65.8u（e被2）V2.42.52.62.82.93.03.13.23.3估计估计为0.10，则自由度 。3.1.3标准不确定度的评定标准不确定度 由检定炉温场分布不均引，采用B类方法进行评定。由检定炉温场分布不均引起最大误差不超过20V,在区间内可以认为均匀分布， ，半宽度为10V，故标准不确定度为 =估计为0.20，则自由度 。3.1.4标准不确定度 的评定标准不确定度 由测量回路寄生电势引起，采用B类方法进行评定。由经验可得：测量回路寄生电动势带来的误差不超1V，在区间内可认为均匀分布， ，半宽度为1V，故标准不确定度为 =估计为0.20，则自由度 。3.1.5 标准不确定度的评定标准不确定度由热电偶参考端不为0引起，采用B类方法进行评定。由经验和试验可得：热电偶参考端不为0带来误差不超过8V，在区间内可认为均匀分布， ，半宽度为8V，故标准不确定度为 =估计为0.10，则自由度 3.1.6输入量的标准不确定度的合成的标准不确定度由合成，则标准不确定度为自由度为 以整百度计算为例，标准不确定度及其自由度见表2。 表2 标准不确定度及其自由度测量温度30040050060070080090010001100u（e被）V7.87.97.98.08.08.08.18.18.2被3737383940414142433.2输入量的标准不确定度的评定 输入量的标准不确定度来源于二等标准热电偶分度值的不确定度和其年不稳定性情况，可由标准热电偶分度结果不确定度与其年稳定性因素综合后得到，因此采用B类方法进行评定。因二等标准热电偶年稳定性是以锌、铝、铜三定点的热电动势值变化为依据的，所以先将标准热电偶三定点测量结果不确定度与其年稳定性因素综合，评定其定点标准不确定度，再进一步推算出其余温度点标准不确定度。3.2.1在三定点上标准不确定度的评定3.2.1.1标准不确定度的评定标准不确定度为分度时二等标准铂铑10-铂热电偶分度结果不确定度，采用B类方法进行评定。由二等标准铂铑10-铂热电偶测量结果不确定度分析报告可知：其在铜点、铝点、锌点标准不确定度分别为2.6V、2.4V、2.4V，自由度分别为107、131、144。则在铜点、铝点、锌点、分别为2.6V、2.4V、2.4V， 其自由度、 分别 为107、131、144。3.2.1.2 标准不确定度 的评定标准不确定度由二等标准铂铑10-铂热电偶年不稳定性引起，采用B类方法进行评定。合格期内的二等标准偶，热电动势变化一般不超过10V，则在区间内可认为服从正态分布，覆盖因子 =3,半宽为10V，故标准不确定度为 =10/33.33V估计为0.10，则自由度 3.2.1.3在三定点上标准不确定度的评定在三定点上标准不确定度由标准热电偶测量结果不确定度与其年不稳定性引起，故由与合成。则 经计算，在铜、铝、锌点分别为4.2V、4.1V、4.1V.自由度为 经计算，u（E标）在铜、铝、锌点的自由度分别为107，104，1053.2.2 在300-1100间任一温度点标准不确定度u（E标）的评定按二等标准铂铑10-铂热电偶在3001300间任一温度的热电动势的不无须定度的计算方法，可计算在3001100间任一温度点标准不确定度其中 为标准偶在各定点的热电动势与相应定点参考函数的差值的标准不确定度。自由度为 以整度为例计算，结果见表3. 表3 标准不确定度测量温度（）30040050060070080090010001100（V）8.24.63.13.64.44.54.13.64.51601082031151061231752041103.3输入量的标准不确定度的评定输入量的不确定度主要来源于标准热电偶测量不重复性、数字多用表测量误差、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不均。3.3.1标准不确定度的评定 标准不确定度由标准热电偶测量不重复性引起，采用A类方法进行评定。因在任一温度点测量时标准偶重复性情况类似，故对其任一温度点进行重复测量情况的分析，可代表其在其他温度点的测量重复性情况的分析。现以1000测量情况为例分析。以1支二等铂铑10-铂热电偶为标准，对1支II级镍铬-镍硅热电偶的热电势进行重复10次测量时，测得标准偶热电动势值分计分别为9.582、9.582、9.582、9.582、9.583、9.583、9.583、9.583、9.583、9.583mV，则 单次实验标准差 同样方法，将另5支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准对另5支级镍铬-镍硅热电偶，分别对它们在1000的热电动势进行重复10次测量，获得5组数据的单次实验标准差分别为s2=0.75V, s3=0.67V, s4=0.75V, s5=0.75V, s6=0.67V 则合并样本标准差sp为0.72V。实际测量时，测量次数为4次，以测得值的平均值为测量结果。则该结果的标准不确定度为 标准不确定度u（e标1）自由度为 3.3.2标准不确定度的评定标准不确定度由数字多用表电压档测量误差引起，采用B类方法进行评定。根据数字多用表电压档检定结果可得：检定后1年内其示值误差为： （0.005%示值+0.0035）mV在区间内可以认为均匀颁布，覆盖因子k标2，以整百度计算为例，结果见表4所示。测量温度30040050060070080090010001100最大示值mV2.43.44.45.46.47.58.69.710.9示值误差V3.53.53.53.53.53.53.53.53.6半宽ae标2为V3.53.53.53.53.53.53.53.53.6u（e标2）V2.02.02.02.02.02.02.02.02.1估计为0.10，则自由度 3.3.3标准不确定度的评定标准不确定度由测量回路寄生电势引起，采用B类方法进行评定。由经验可得：测量回路寄生电动势带来的误差不超1.0V，在区间内可认为均匀分布， ，半宽度为1V，故标准不确定度为 =估计为0.20，则自由度 。3.3.4标准不确定度的评定标准不确定度由标准热电偶参考端温度不均引起，采用B类方法进行评定。由经验可得：热电偶参考端不为0带来误差不超过为0.4V。在区间内可认为均匀分布，半宽度为0.4V,故标准不确定度为=估计为0.10，则自由度 。3.3.5输入量的标准不确定度的合成 输入量的标准不确定度由合成，则标准不确定度为 自由度为： 以整百度计算为例，标准不确定及其自由度，结果见表5. 表5 标准确定度测量温度（）30040050060070080090010001100（V）2.12.12.12.12.12.12.12.12.26262626262626262623.4输入量、的标准不确定度、的评定输入量、是在ITS-90温标下用近似方法得到的，但其准确度完全可满足该类热电偶使用准确度要求，其由有效位数等原因引起的不确定度因微小而忽略。4 合成标准不确定度的确定4.1灵敏系数数学模型 灵敏系数 4.2 标准不确定度汇总表输入量的标准不确定度汇总于表6（以整百度为例） 表6标准不确定度汇总表标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度（V)ci|ci|u(xi)（V)iu(e被)u(e被1)u(e被2)u(e被3)u(e被4)u(e被5)被测不重复性数表测量误差检定炉温场分布不均测量回路寄生电势热偶自由端温度不均7.88.20.852.43.35.770.584.6217.88.23843u(E标)u(E标定点)u(E标1)u(E标2)推算误差标准偶分度值不确定度标准偶年不稳定度3.18.24.14.22.42.63.33S被/S标3.1（S被/S标）-8.2（S被/S标）106204u(e标)u(e标)u(e标)u(e标)u(e标)标准偶不重复性数表测量误差测量回路寄生电势热偶自由端温度不均2.12.20.362.02.10.580.23-S被/S标2.1（S被/S标）-2.2（S被/S标）624.3合成标准不确定度及其自由度的计算各输入量间近似独立不相关，则合成标准不确定度为 合成标准不确定度的自由度为 以整百度为例，计算结果见表7. 表7 合成标准不确定度测量温度（）30040050060070080090010001100u(c（V）39.223.618.019.121.020.418.316.318.0eff1931742532562502482492371954.4扩展不确定度的确定为方便使用取100，对最后结果不会有太大影响。，以整百度为例，计算结果见表8. 表8 扩展不确定度测量温度30040050060070080090010001100u(c（V）39.223.618.019.121.020.418.316.318.0eff100100100100100100100100100U95(V)78473638424136