工作用贵金属热电偶测量不确定度的评估.doc

工作用铂铑10-铂热电偶测量不确定度评估共 10 页（包括封面）批准： 审核： 分析： 2011年11月07日工作用铂铑10-铂热电偶测量不确定度的评估1 概述1.1 测量依据：JJG141-2000工作用贵金属热电偶检定规程。1.2计量标准： 计量标准器为一等标准铂铑10-铂热电偶，温度范围（419.5271084.62），主要技术指标如下表：。实验室计量标准器和配套设备技术指标序号设备名称技术指标1一等标准铂铑10-铂热电偶测量范围：（419.5271084.62）其年热电势变化（不稳定性）为5V2检定炉20mm长1的均匀温场。3电测设备71/2数字电压表(KEI2001)年允许误差：（0.0037+0.0006FS）mV1.3测量对象：名 称铂铑10-铂热电偶（S分度）检测温温度点锌点(419.527)、铝点（660.323）、铜点（1084.62）准确度等级级、级1.4测量方法：将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准热电偶）和工作用铂铑10-铂热电偶（以下简称被检热电偶）捆扎后放入管式热电偶检定炉，用双极比较法在锌点(419.527)、铝点（660.323）、铜点（1084.62）三个固定点进行检定/校准。级工作用铂铑10-铂热电偶测量次数不少于4次，级工作用铂铑10-铂热电偶测量次数不少于2次。其顺序为标准 被检1 被检1 被检n，然后按相反的顺序回到标准，分别计算算术平均值，得到标准和被检热电偶的示值。2 数学模型 =+()式中： 被检热电偶在各检定点上的热电动势 (mV )。被检热电偶测得的热电动势算术平均值 (mV )。标准热电偶证书上给出的热电动势值 (mV)。检定时标准热电偶测得的热电动势算术平均值 (mV )。 3 不确定度传播率=式中，灵敏系数： =1 =1 =14 各输入量的标准不确定度评定4.1 输入量的标准不确定度 的评定输入量的标准不确定度的来源：被检热电偶测量重复性、数字多用表测量误差、检定炉温场均匀性（分布不均）、测量回路寄生电势、热电偶参考端温度不均匀。4.1.1被检热电偶测量重复性引入的标准不确定度，用A类方法进行评定。因在任一温度点测量时，被检热电偶重复性情况类似，故对其在任一温度点进行重复性情况的分析，可代表其在其他温度点重复性情况的分析，现以1084.62测量情况为例分析。将一支级被检热电偶用一支标准热电偶作为测量标准，对它在 1084.62温度点热电势进行10次等精度重复测量，测得被检热电偶数据为（单位：mV）：10.561、10.562、10.562、10.561、10.561、10.563、10.563、10.562、10.561，10.561。得： s(x) =0.000823mV = 0.8V 实际测量时，以测得值的平均值为测量结果，则该项标准不确定度： = s(x)/ =0.8/0.25V4.1.2 数字多用表测量误差引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。测量时，测量仪器为KEI2001七位半数字多用表，其年允许基本误差计算公式为（0.0037+0.0006FS），区间半宽度为（0.0037+0.0006 FS）=1.59V，按均匀分布处理，k=，得： =1.59/0.92V4.1.3 检定炉温场均匀性（分布不均）引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。由JJG141-2000规程第3.3.3条要求可知，管式检定炉有1的均匀温场，由于捆扎后标准热电偶与被检热电偶的测量端处于同一垂直截面上，故取区间半宽度为为 0.5，换算为电势值为5.9V，按均匀分布处理，k=，得：=5.9/3.41V4.1.4 测量回路寄生电势引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。转换开关最大寄生电动势不大于0.5V，区间半宽度为0.5V，按均匀分布处理，k=，得：=0.5/0.29V4.1.5 被校热电偶参考端温度均匀性（分布不均）引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。由经验和试验可知：被校热电偶参考端为（00.1），区间半宽度为0.1，换算为电势值为0.54V，按均匀分布处理，k=，得： =0.54/0.31V 4.1.6 输入量的标准不确定度的合成以上各项、彼此独立不相关，因此： =3.57 V4.2 输入量标准不确定度的评定输入量的标准不确定度来源：标准热电偶检定后给出的热电动势值的不确定度、 标准热电偶年不稳定性。4.2.1标准热电偶检定后分度值的不确定度引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。由上级计量部门检定标准热电偶测量结果的不确定度为0.370.42，则区间半宽度为0.42，换算为电势值为4.96V，包含因子k=2.58，得：=4.96/2.581.92V 4.2.2 标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。在检定合格有效期内的一等标准铂铑10-铂热电偶，其年热电势变化（不稳定性）为5V，则区间内可认为服从正态分布，k=3，半宽度为5V，得：=5/31.67V 4.2.3 输入量标准不确定度的合成以上输入量各项、彼此独立不相关，因此： =2.55V4.3 输入量标准不确定度的评定输入量的标准不确定度的来源： 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、热电偶参考端温度不均匀。4.3.1 标准热电偶测量重复性引入的标准不确定度，用A类方法进行评定。因在任一温度点测量时， 标准热电偶重复性情况类似，故对其在任一温度点进行重复性情况的分析，可代表其在其他温度点重复性情况的分析，现以1084.62测量情况为例分析。用一支标准热电偶作为一支工作用铂铑10-铂热电偶的测量标准，在 1084.62温度点对标准热电偶进行10次等精度重复测量，测得标准热电偶的热电势值为（单位：mV）：10.565、10.565、10.565、10.564、10.564、10.563、10.563、10.564、10.564、10.564，得： s(x) =0.7V 实际测量时，以测得值的平均值为测量结果，则该项标准不确定度： = s(x)/ =0.7/0.22V4.3.2 数字多用表测量误差引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。测量时，测量仪器为KEI2001七位半数字多用表其年允许基本误差计算公式为（0.0037+0.0006FS），区间半宽度为（0.0037+0.0006）=1.59V，按均匀分布处理，k=，得：=1.59/0.92V 4.3.3 测量回路寄生电势引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。转换开关最大寄生电动势不大于0.5V，区间半宽度为0.5V，按均匀分布处理，k=，得：=0.5/0.29V4.3.4 标准热电偶参考端温度均匀性引入的标准不确定度，用B类方法进行评定。由经验和试验可知：标准热电偶参考端为（00.1），区间半宽度为0.1，换算为电势值为0.54V，按均匀分布处理，k=，得： =0.54/0.31V 4.3.5 输入量标准不确定度的合成以上各项、彼此独立不相关，因此： = 1.26V5 合成标准不确定度5.1 各不确定度分量汇总表序号 1输入量标准不确定度 13.57V 1.1被检热电偶测量不重复性引入的标准不确定度 0.35V10.25V1.2数字多用表测量误差引入的标准不确定度 1.59V0.92V1.3检定炉温场均匀性（分布不均）引入的标准不确定度 5.9V3.41V1.4测量回路寄生电势引入的标准不确定度 0.5V0.29V1.5热电偶参考端温度不均匀引入的标准不确定度0.54V0.31V2输入量标准不确定度12.55V2.1标准热电偶检定后分度值的不确定度引入的标准不确定度5.04V2.581.95V2.2标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度5V1.67V3输入量标准不确定度-11.26V3.1标准热电偶测量重复性引入的标准不确定度0.22V10.22V3.2数字多用表测量误差引入的标准不确定度1.59V0.92V3.3测量回路寄生电势引入的标准不确定度0.5V0.29V3.4标准热电偶参考端温度均匀引入的标准不确定度，0.6V0.35V注： 第i个输入量；区间半宽度；包含因子； 输入量的标准不确定度；灵敏系数；合成标准不确定度分量。5.2 合成标准不确定度计算 以上各项输入量标准不确定度分量彼此独立，互不相关，则其合成标准不确定度为：=4.56V6 扩展不确定度按置信水平p=0.95，取包含因子k=2，扩展不确定度U=k，得： =k=2= 24.56 =9.12V 换算成温度为：=9.12V 11.8V/=0.7730.787 对使用一等标准铂铑10-铂热电偶标准装置校准工作用铂铑10-铂热电偶的测量不确定度的评估。 根据JJG141-2000工作用贵金属热电偶检定规程的规定，常规校准应对该铂铑10-铂热电偶的锌点(419.527)、铝点（660.323）、铜点（1084.62）3个温度点进行校准，同时外延下限、上限至300和1300，其全部校准点测量不确定度评估见下表：序号不确定度分量校准点300锌点(419.527)铝点（660.323）铜点（1084.62）13001.1被检热电偶测量不重复性0.35V0.35V0.35V0.35V0.35V1.2数字多用表测量误差0.74V0.77V0.82V0.92V0.98V1.3检定炉温场均匀性2.63V2.78V3.00V3.41V3.50V1.4测量回路寄生电势0.29V0.29V0.29V0.29V0.29V1.5热电偶参考端温度不均匀0.31V0.31V0.31V0.31V0.31V1输入量标准不确定度 2.78V2.93V3.15V3.57V3.67V2.1标准热电偶检定后分度值的不确定度1.27V1.38V1.53V1.92V2.12V2.2标准热电偶年不稳定性1.67V1.67V1.67V1.67V1.67V2输入量标准不确定度2.10V2.17V2.26V2.55V2.69V3.1标准热电偶测量重复性0.22V0.22V0.22V0.22V0.22V3.2数字多用表测量误差0.74V0.77V0.82V0.92V0.98V3.3测量回路寄生电势0.29V0.29V0.29V0.29V0.29V3.4标准热电偶参考端温度不均