新型智能计量检定装置在热电动势测量中的应用

新型智能计量检定装置在热电动势测量中的应用

一、全厂温度检测元件我们公司是一家大型烷油厂，其温度参数是影响原油和最终产品质量形成和安全生产的重要因素之一。司令员、热压和双金属温度是汽油工具中常用的温度测量元件。如果这些温度测量元件的质量可靠，且测量精度符合设计要求，则需要进行测量和确定。这些部件的测量和钻孔非常复杂和复杂。为适应这一要求,我公司购置了由西安航空发动机(集团)有限公司电子仪器厂生产的RZJ-2D型智能热工仪表自动检定系统(以下简称检定系统),对待安装于石油化工装置中的测温元件进行检定,既创造了良好的经济效益,又获得了强大的技术支持。二、温度检测及检定系统RZJ-2D型智能热工仪表自动检定系统由高精度数字多用表、主控箱、可控硅调功器、微机系统、恒温装置(分别包括检定炉、油槽、水槽和冰点槽)以及测量导线和通讯导线组成,系统通过控温元件测得恒温装置的实时温度,经过多路开关进入采样数表,数表将模拟量转换为数字量通过IEEE-488接口(或COM1串行口)通信电缆传送到计算机;计算机根据“热工全自动检定系统”软件指令,通过主机箱控制调功器的输出功率,保证被控对象按要求升温或保温,在达到规定的温度要求后,对被检对象进行全自动数据采集、处理、检定,并可实时显示各种参数及打印检定证书。(参见图一所示)1.自动检定过程将标准偶和被检偶按检定规程要求捆扎后放入恒温装置,并按系统要求连接线路,接通电源,启动“工作用热电偶检定系统”程序,完成检定系统参数设置后,按下“启动运行”按钮进入自动检定过程。通常情况下,该系统无需人工干预便可自动完成检定全过程,且系统自动冷端补偿。2.冷电阻检测根据JJG229-98检定规程要求,工业热电阻一般只检定0℃和100℃,t℃点可选。0℃检定在盛冰水混合物的冰点槽内进行;而100℃及t℃检定应将热电阻置于标准油槽或水槽内完成。在接线过程中,应注意二线制和三线制热电阻检定接线之区别,接好线路后,启动计算机并按热电阻检定信息对话框设定系统参数,选择被检支数、检定温度点及工作方式,按“确定”按钮等待检测过程结束。检定过程中系统允许监视恒温装置温度变化及温场波动情况,并自动生成检定报告。三、在1级工作中，基于廉价金属电极的热电动势测量结果的不确定度分析1.总结JJG351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》温度(23±5)℃;湿度(45~75)%RH1.3扩展不确定度u二等标准铂铑10-铂热电偶,锌、铝、铜三凝固点温度的分度值的扩展不确定度U为0.6~1.0℃,置信概率0.99。热电偶、热电阻测试仪,允许误差为±(0.005%×示值+0.0040)mV。1.4试验的对象和主要性能Ⅱ级工作用镍铬-镍硅热电偶,在300~1100℃范围内误差不超过2.5℃或±0.75%。1.5测量方法和测量参数采用双极比较法,通过测量标准偶和被测偶在相同温度点的热电动势,由标准偶与被检偶的微分热电动势求得被检偶在所需温度点的热电动势。1.6评估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3.输入量的不确定评估3.1单次测量结果不确定度μ(e被)来源于热电偶测量不重复性、数字表测量误差、检定炉温场分布不均匀、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不匀。不确定度μ1(e被)来源于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检偶重复性情况均基本类似,故对其在任一温度点e被()进行重复测量情况的分析,可代表其在其它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:将一支Ⅱ级K型热电偶用一支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准对其在温度1000℃的热电动势进行重复10次测量,测得数据为:单次实验标准差为:用同样方法测量另五支Ⅱ级K型热电偶,获得5组数据的单次实验标准差分别为:则合并样本标准差Sρ为0.0017mV。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:μ2(e被)由热电偶、热电阻测试仪测量误差引起,采用B类方法进行评定。根据测试仪检定结果可得:其示值误差为±(0.005%×示值+0.0040)mV在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,以整百度计算为例,结果如下表:μ3(e被)由检定炉温场分布不均引起,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±20μV,在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,半宽度α3被=10μV,故标准不确定度为:由经验可得:测量回路寄生电势带来的误差不超过±1μV,在区间内可认为均匀分布,覆盖因子K4被=,半宽度α4被=1μV,故标准不确定度为:由试验可得:热电偶参考端不为0℃带来的误差不超过±8.0μV(±0.2℃),在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,半宽度α5被=8.0μV,故标准不确定度为:以整百度计算为例,μ(e被)及其自由度νe被如下表:3.2测量结果的分析不确定度μ(e标)来源于热电偶测量不重复性、数字表测量误差、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不匀。因在任一温度点测量时标准偶重复性情况类似,故对其在任一温度点e标(t′)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:以一支二等标准铂铑10-铂热电偶作标准对一支Ⅱ级K型热电偶在1000℃的热电动势进行重复10次测量,测得标准热电偶热电动势值分别为:同样方法测量另五支Ⅱ级K型热电偶,获得5组标准偶热电动势的单次实验标准差分别为:则合并样本标准差Sp为0.72μV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:根据测试仪检定结果可得:其示值误差为±(0.005%×示值+0.0040)mV在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,以整百度计算为例,结果如下表:由经验可得:测量回路寄生电势带来的误差不超过±1μV,在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,半宽度α3标=1μV,故标准不确定度为:由经验可得:热电偶参考端不为0℃带来的误差不超过±0.40μV,在区间内可认为均匀分布,覆盖因子,半宽度α4标=0.40μV,故标准不确定度为:3.2.5输入量e标t的标准不确定度e标的合成以整百度计算为例,μ(e标)及其自由度νe标如下表:3.3输入量e标t的标准不确定度e标的评估输入量E标(t)的标准不确定度μ(E标)来源于二等标准热电偶分度值的不确定度和其年稳定度情况,经上级计量部门校准可得:3.4基于saos-90的近似方法输入量S标(t)、S被(t)是在ITS-90温标下用近似方法得到的,其准确度完全可以满足该类热电偶使用准确度的要求,其不确定度因微小可忽略。4.u200a标准的不确定度4.1开口系数灵敏系数4.2参考参数的不确定顺序以整体搜索为例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μc的自由度为:以整百度为例,计算结果如下表:4.4影响结果的太大性为方便使用,νeff取100,对最后结果不会有太大影响。U95(t)=t95(100)×μc(t),以整百度为例,计算结果如下表:4.5不确定度分析通过上述对Ⅱ级工作用镍铬-镍硅热电偶测量结果的扩展不确定度的评定分析,可知其不确定度结果为:以整百度为例,U95=48~90μV(1.2~2.2℃)以次推广,可用来分析确定其它各种廉金属工作用热电偶测量结果的不确定度,同时,可从上述误差来源入手,最大程度地减少对测量结果的影响,以获得可靠的测量结果。四、注意事项、问题和解决方案五、热电阻自动检定系统经过实际使用,证明本系统运行稳定、功能齐全(可检定各种分度号的产品,且对热电阻在同一温度点可进行多批检定,并具有多种冷端补偿方式)、操作方便、配置灵活,是一套较完善的热工自动检定系统。1.1测量基础1.2测量环境条件3.1.1不确定1e的评估3.1.2不确定度2e的评估估计Δμ2(e被)/μ2(e被)为0.10,则自由度ν2被=503.1.33e的评估估计Δμ3(e被)/μ3(e被)为0.20,则自由度ν3被=123.1.44e的评估μ4(e被)由测量回路寄生电势引起,采用B类方法进行评定。估计Δμ4(e被)/μ4(e被)为0.20,则自由度ν4被=123.1.5不确定度5e的评估μ5(e被)由热电偶参考端不为0℃引起,采用B类方法进行评定。3.1.6输入量et的标准不确定度e的合成估计Δμ5(e被)/μ5(e被)为0.10,则自由度ν5被=503.2.1不确定1e标的评估不确定度μ1(e标)来源于热电偶测量不重复性,采用A类方法进行评定。单次实验标准差为:3.2.2测量误差引起评定μ2(e标)由热电偶、热电阻测试仪测量误差引起,采用B类方法进行评定。估计Δμ2(e标)/μ2(e标)为0.10,则自由度ν2被=503.2.3不确定3e标的评估μ3(e标)由测量回路寄生电势引起,采用B类方法进行评定。估计Δμ3(e标)/μ3(e标)为0.20,则自由度ν3标=123.2.4引起b类方法检测μ4(e标)由热电偶参考端不为0℃引起,采用B类方法进行评定。估计Δμ4(e标)/μ4(e标)为0.10,则自由度ν4标=50数学模型4.3化产检的方法1.标准偶和被检偶按要求捆绑后必须悬空,不能贴靠检定炉壁,并用高铝棉保温材料堵塞;2.由于检定低温热电偶采用二等标准铂电阻温度计作为标准器,而且