热电偶钯点熔丝法校准规范

JJF1926—20211热电偶钯点熔丝法校准规范1范围(1554.8℃)采用熔丝法进行的校准,热电偶电极直径应为(0.3~1.0)mm,长度应不小于750mm。使用其他纯金属(如铂、金)熔点进行的校准可参照本规范。2引用文件本规范引用了以下文件:JJF1176—2007(0~1500)℃钨铼热电偶校准规范GB/T16839.1—2018热电偶第1部分:电动势规范和允差GB/T18036—2008铂铑热电偶细丝的热电动势测量方法GB/T29822—2013钨铼热电偶丝及分度表国际温度咨询委员会编.1990年国际温标近似技术[M].凌善康,陈小林,译.北京:中国计量出版社,1993.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有修订单)适用于本规范。3术语和计量单位3.1钯熔化点meltingpointofpalladium金属钯从固相向液相转变时的平衡温度,简称钯点。注:在《1990年国际温标近似技术》中给出的在无氧环境下的金属钯点温度为1554.8℃。3.2熔丝法wire-bridgemethod利用在热电偶测量端捆扎或焊接的纯金属丝熔化时产生的温度滞升来校准热电偶的方法,通常推荐使用的纯金属丝材料为钯、金、铂。4概述热电偶钯点熔丝法校准是利用纯金属钯固液相变来实现热电偶校准的方法。校准中,随着炉温升高,当捆扎或焊接在热电偶测量端的钯丝熔化并保持熔点温度一段时间时,热电偶输出热电势短暂滞升。通过连续测量热电势,进行数据处理和分析,得到热电偶在钯点的热电势。5计量特性热电偶在钯点(1554.8℃)时的热电特性应符合表1的规定。JJF1926—20212表1热电偶在钯点的热电特性型号铂铑10-铂铂铑13-铂铂铑30-铂铑6钨铼3-钨铼25钨铼5-钨铼26分度号SRBDC热电势ermV16.23918.21910.73528.63327.566微分电势SμV/℃11.914.011.717.315.1允差/℃±2.4(Ⅰ)±2.4(Ⅰ)±3.9(Ⅱ)±15.6±15.6±3.9(Ⅱ)±3.9(Ⅱ)±7.8(Ⅲ)注:表中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别表示热电偶的准确度等级为1级、2级和3级。6校准条件6.1环境条件温度:(15~35)℃;湿度:≤80%RH。测量标准及配套设备对环境条件另有规定的,应符合其规定要求。6.2测量标准及配套设备钯熔丝法校准装置包括高纯金属钯丝、高温炉、冰点器、标准铂铑30-铂铑6热电偶、热电势电测设备、高纯氩气以及热电偶焊接设备等,其组成见图1所示。整套装置用标准铂铑30-铂铑6热电偶在钯点进行5次重复测量,各次测量值之间的最大差值应≤4μV。图1熔丝法校准装置示意图6.2.1测量标准采用纯度不低于99.99%的高纯金属钯丝作标准器,钯丝直径为(0.3~0.5)mm,每次校准时钯丝的使用量应不超过0.1g。同时采用1支标准铂铑30-铂铑6热电偶对校准装置量值进行定期核查,核查方法见附录C。36.2.2配套设备配套设备和主要辅助材料见表2所示。表2配套设备和主要辅助材料序号设备名称技术要求用途备注1数字电压表电压测量的最大允许误差为±2μV,分辨力不低于0.1μV,采样速率不低于1次/s电势应配有通讯接口2转换开关杂散电势≤0.4μV电势3高温炉推荐使用立式结构炉,炉膛直径为20mm左右,使用上限温度不低于1600℃,温度最高点位于炉内深度(30~32)cm处。工作区应位于温度最高点附近,中心轴向±2cm内温度梯度应不大于0.5℃/cm。高温炉在1500℃的温度波动度应不大于0.2℃/min。可实现以(0.8~5)℃/min的线性升温控制为被校热电偶提供可控温的热源控制方式应能够实现匀速升温和定点恒温4冰点恒温器(0±0.05)℃保持热电偶参考端温度为0℃可以使用冰水混合物或者其他等效的设备5热电偶保护管保护管材料为高纯氧化铝,长度不小于45cm,一端封头,使用上限温度应不低于1800℃将被校热电偶和钯丝与高温炉隔后,保持管内处于无氧环境护管6测量导线单芯、直径为(0.5~0.8)mm的双绞屏蔽铜导线电势轴导线7氩气纯度应不低于99.99%,使用时流量范围应控制在(80~150)mL/min挤空保护管内空气,保护钯丝和被校热电偶以避免氧化8热电偶焊接机量端氩气保护JJF1926—202147校准项目和校准方法7.1校准项目电偶的钯点热电势值及其温度偏差。7.2校准方法7.2.1启动高温炉和电测设备7.2.1.1将热电偶保护管装入高温炉内,固定在深度40cm处。将用于通氩气的高纯氧化铝通气管插至保护管底部,在高温炉升温前5min通入氩气,并保持气体流量为(80~150)mL/min。7.2.1.2按热电势电测设备要求对其进行预热,并启动数据采集设备。在测量热电偶热电势前对电测设备进行清零。7.2.1.3设定高温炉温度控制器的值,使高温炉升温至1500℃,并保持此温度以等待工作区形成均匀温场。7.2.2热电偶准备和安装7.2.2.1将热电偶从其保护管和绝缘管中取出,并将其两电极分别穿入相应的氧化铝双孔绝缘管中。在热电偶拆装时,绝缘管应标有正负极记号,严禁正负孔互换使用。7.2.2.2使热电偶测量端露出双孔绝缘管(15~20)mm,根据热电偶直径选择相应直径的钯丝,在热电偶测量端向下捆扎(3~5)圈。钯丝圈之间应无明显缝隙,且与两电极接触紧密。钯丝的捆扎方法见图2所示。(a)热电偶测量端已焊接(b)热电偶测量端未焊接图2钯丝捆扎示意图7.2.2.3将测量端捆扎后的热电偶缓慢插入到热电偶保护管中,使其测量端置于高温炉工作区,固定其位置,且不得碰壁。将热电偶参考端正负极分别与测量铜导线相连接,并插入到冰点恒温器内径为(6~7)mm的玻璃管中,插入深度应不小于12cm。7.2.3升温熔化和数据采集记录7.2.3.1调整高温炉温度控制器的设定值,将炉温升至1545℃。通过数据采集设备观察高温炉温度变化,当温度变化率小于0.1℃/min时,进行下一步的升温熔化过程。7.2.3.2设定高温炉温度控制器的温度控制值为1570℃,线性升温速率为2.5℃/min。7.2.3.3启动高温炉使其升温,以4s/次的速度测量并记录热电偶的热电势值e和当前时间t。57.2.3.4当高温炉温度升至并恒定于1570℃时,升温熔化过程结束,停止数据测量与记录。7.2.4重复校准对多支热电偶进行校准时,重复7.2.2至7.2.3即可。对同一热电偶再次重复校准时,应将热电偶自测量端起(10~15)mm处剪去。在重复7.2.2.2步骤时可不重新焊接测量端。7.2.5后续处理校准结束后,将热电偶自测量端起(10~15)mm处剪去,根据使用条件进行清洗并重新焊接测量端。7.3数据处理将记录的数据绘制成如图3所示的热电势-时间曲线,根据熔化前段和熔化后段得到升温速率,以此速率将熔化前段的最后一个数据作为起始点,再按照同样速率在熔化后段找到曲线的另一个切点,此点作为熔化的终止点。起始点和终止点之间的曲线为熔化段,它们所对应的时间分别为起始点时间t0和终止点时间t1,两个时间之差为熔化持续时间l。图3热电偶熔化区间热电势-时间曲线l=t1-t0(1)如果熔化持续时间l小于120s,则需要对测量数据进行重新评估,再次确定熔化区间。如果仍然不能满足要求,则需要对热电偶进行重新校准。将熔化段数据分别代入公式(2)(3)(4),最终得到热电偶在钯点的热电势em和温度偏差Δt。em=e1+e2+…+ennΔe=em-er(2)(3)6Δt=×1000(4)式中:e1,e2,…,en—熔化段上连续多次测量得到的热电偶各次热电势值,mV;n—测量次数;值,mV;Δe—热电偶对分度表的偏差电势,mV;er—热电偶在表1中查得的热电势,mV;S—热电偶在表1中查得的微分热电势,μV/℃;Δt—热电偶的温度偏差,℃。8校准结果的表达经校准的热电偶出具校准证书,校准结果应在校准证书上反映。校准证书至少包含下列信息:a)题目,如“校准证书”或“b)实验室名称和地址;c)校准的地点(如果不在实验室内进行校准);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术文件的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量参考标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及测量不确定度的说明;m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。9复校时间间隔热电偶复校时间间隔可根据实际使用情况由送校单位自主确定,建议一般不超过12个月。JJF1926—20217附录A原始记录参考格式A.1被校热电偶基本信息委托单位:生产厂:分度号:出厂编号:分度表钯点热电势er:微分电势S:A.2校准装置信息钯丝生产厂:批号:直径:名义纯度:电测设备:高温炉:其他设备:校准依据:证书编号:环境温度:湿度:校准地点:A.3校准结果熔化持续时间l/s热电势平均值em/mV温度偏差Δt/℃测量不确定度U(k=2)/℃A.4数据记录表时间hh:mm:ss热电势mV时间hh:mm:ss热电势mV时间hh:mm:ss热电势mV校准人员:核验人员:校准日期:JJF1926—20218附录B校准证书内页参考格式校准结果钯熔点温度t/℃热电势em/mV温度偏差Δt/℃校准不确定度U(k=2)/℃1554.8注:1校准时,热电偶参考端温度为0℃;2校准在氩气环境中进行。以下空白9附录C钯点熔丝法校准装置量值核查方法钯点熔丝法校准装置是利用金属固定点产生的温度量值来进行校准的装置。为了保证量值的溯源性和统一性,应对校准装置进行定期的量值核查。C.1核查标准一支满足JJG167—1995《标准铂铑30-铂铑6热电偶》第2章1~5要求的专用铂铑30-铂铑6热电偶(以下简称热电偶)。通常新制的热电偶长度为150cm,使用中的长度不得小于90cm。热电偶应有计量部门出具的包括钯点校准值的校准证书。C.2核查方法C.2.1将热电偶放入退火炉中,在1100℃上退火2h后,随炉冷却到室温。C.2.2按7.2进行两次校准,得到校准数据eh1和eh2,并按7.3进行数据处理。在第二次校准时,须按7.2.4要求对热电偶进行处理。C.3数据处理取两次校准结果的平均值作为此次核查的测量值em。如两次校准数据的差值Δem大于4μV,则需进行再次校准。em=(eh1+eh2)/2(C.1)Δem=|eh1-eh2|(C.2)C.4核查结果如核查值em与该热电偶校准值ec之差的绝对值Δe≤18μV,则通过核查;否则核查不通过。Δe=|em-ec|(C.3)C.5核查周期核查应定期进行,通常周期为12个月。如在校准过程中更换不同批次的钯丝,应先进行核查,通过后才能开展校准工作。10附录D钯点熔丝法热电偶校准结果测量不确定度评定示例使用钯点熔丝法校准装置对一支铂铑30-铂铑6热电偶进行校准。校准过程使用的热电势电测设备为KEITHLEY2182数字电压表,通过数据采集设备测量并记录热电偶熔化曲线,经分析得到热电偶在钯点热电势的平均值em为10.754mV。D.1建立测量模型测量模型为:E=X1+X2+X3(D.1)式中:E—热电偶实际输出热电势,mV;X1—数字电压表的测量值,mV;X2—电压表修正值,mV;X3—数据处理方法带来的误差,mV。使用数字电压表测量热电偶输出热电势时,其测量值为热电偶测量端温度t与参考端温度t0产生的温差电势,即:X1=f(t,t0)(D.2)因此,影响数字电压表测量值的主要影响因素有热电偶测量端温度值(包括钯材料纯度、钯氧化、温度定义等影响)、热传导以及参考端温度值等。将公式(D.2)的各影响因素式代入公式(D.1),得到不确定度的传播律为:u(EX)=u2(ERP)+u2(Eel)+u2(Edr)+u2(Einh)+[u(t0)·S0]2+[u(timp)·S1]2+[u(toxd)·S1]2+[u(tHF)·S1]2+[u(tTS)·S1]2+u(EIP)2(D.3)式中,S0和S1分别为热电偶在0℃和1554.8℃时的微分热电势,其他各符号分别为热电势重复性、电测设备、热电偶短期漂移、热电偶不均匀性、热电偶参考端、钯纯度、铂氧化、热传导、钯点定义值以及钯点温度统计分析方法等影响因素导致的标准不确定度。D.2各分量标准不确定度的评定D.2.1热电势重复测量导致的标准不确定度u(ERP)在钯点重复5次测量热电偶的输出热电势,5次测量的最大差值为4μV,按极差法计算得到u(ERP)=4μV/2.33=1.7μV。D.2.2电测设备导致的标准不确定度u(Eel)电测设备导致的标准不确定度包括数字电压表最大允许误差、数字电压表分辨力以及转换开关寄生电势3部分导致的标准不确定度。由于数字电压表的分辨力为0.1μV,转换开关寄生电势<0.4μV,半宽分别为0.05μV和0.2μV,数值均较小,对标准不确定度的贡献均可忽略不计,故电测设备导致的标准不确定度u(Eel)主要由数字电压表最大允许误差造成。数字电压表的最大允许误差为±(4×10-6×range+30×10-6×reading),使用其JJF1926—202111100mV挡量程进行测量,按均匀分布考虑,则u(Eel)=0.7μV/1.732=0.4μV。D.2.3热电偶短期漂移导致的标准不确定度u(Edr)铂铑30-铂铑6热电偶在1555℃高温氩气条件的漂移较在空气中使用的漂移要大,漂,性,定()=3μV/1.732=1.7μV。取铂铑30-铂铑6热电偶的不均匀性影响量为±5μV,按均匀分布考虑,则uEh。的标准不确定度u(t0)热电偶的参考端插入冰点恒温器,冰点恒温器的允许误差为±0.05℃,按均匀分,度(定度u(timp)../1度影响导致的标准不确定度u(toxd)钯丝的不纯对钯点温度产生的影响为±0.2℃../1度影响导致的标准不确定度u(toxd)钯在高温中受到氧化,必须隔绝空气中的氧才能获得钯的熔点。在校准中通入氩气保护钯免受氧化,但仍可能有氧存在,估计氧化的影响小于±0.2℃,按均匀分布考.u钯(。标准不确定度u(EIP)钯点的测量值需经过对温度熔化平台进行评估得到,评估中起始熔化和熔化结束的..V/标准不确定度u(tHF)确定具有不确定因素。它带来的误差为±1.5μV,按均匀分..V/标准不确定度