1工作用廉金属热电偶测量不确定度的评估

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1、工作用廉金属热电偶测量不确定度的评估一、概述1测量依据：JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程。2计量标准：主要计量标准设备为一等标准铂铑10-铂热电偶、二等标准铂铑10-铂热电偶和二等标准铂电阻温度计。如下表所示序号设备名称测量范围允许误差极限或测量不确定度1一等标准铂铑10-铂热电偶（419.5271084.62）U0.6，k=2.582二等标准铂铑10-铂热电偶（419.5271084.62）U1.0，k=2.583二等标准铂电阻温度计（0419.527）U =（0.0030.06）k=2.584热工自动检定系统(01100)偶：寄生电势0.5V阻：寄生电势0.4V5数字多用表

2、(0100)mv（01000）6位半6检定炉(3001200)均匀温场1.07标准油槽(95300)垂直温差0.02水平温差0.018制冷恒温槽(-6095)垂直温差0.02水平温差0.013被测对象：如下表所示热电偶名称分度号等级测量温度范围（）允许误差镍铬-镍硅（铝）K-4011001.5或0.4%t-4013002.5或0.75%t镍铬硅-镍硅N-4011001.5或0.4%t-4013002.5或0.75%t镍铬-铜镍E-408001.5或0.4%t-409002.5或0.75%t铁-铜镍J-407501.5或0.4%t-407502.5或0.75%t4测量方法：300以下温度点的校准

3、：将标准铂电阻和被检热电偶同时插入制冷恒温槽或标准油槽中，自由端放入冰点瓶中。当达到检定点温度并稳定后，按照标准、被检1、被检2、被检n、被检n、被检2、被检1、标准的顺序，依次测量标准铂电阻和被检热电偶的电阻值（热电动势值）。再通过计算就可以得到被检热电偶在检定点温度的测量误差。300以上温度点的校准：将标准热电偶和被检热电偶的测量端对齐，捆扎后同轴放入检定炉均匀温场中心，自由端放入冰点瓶中。当炉温升到预定的检定点温度且炉温变化不超过检定规程的要求时，按照标准、被检1、被检2、被检n、被检n、被检2、被检1、标准的顺序，依次测量标准偶和被检偶的热电动势，再通过计算就可以得到被检热电偶在检定点

4、温度的测量误差。二、数学模型1300以下检定点的示值误差：式中：被检热电偶在某检定点温度附近测得的热电动势算术平均值；被检热电偶分度表上查得的某检定点温度的热电动势值；检定点温度；实际温度（实际温度=读数平均值+修正值）；被检热电偶在某检定点温度的微分热电动势值；灵敏系数：c1=1，c2=1。2300以上检定点的示值误差：式中：被检热电偶在某检定点温度附近测得的热电动势算术平均值；被检热电偶分度表上查得的某检定点温度的热电动势值；标准热电偶在某检定点温度附近测得的热电动势算术平均值；标准热电偶证书上给出的某检定点温度热电动势值；、标准热电偶、被检热电偶在某检定点温度的微分热电动势值；灵敏系数：

5、c1=1，c2=-1。三、300以下检定点的标准不确定度评定1输入量的标准不确定度1.1 重复测量引入的标准不确定度u11以一支级E分度热电偶为例，在200时对被检热电偶进行n=10次重复测量，测得结果为xi（单位mV）：13.4429、13.4411、13.4431、13.4434、13.4425、13.4426、13.4418、13.4433、13.4427、13.4419，平均值13.4425mV。0.732V取m=6次测量值的平均值作为测量结果，则V，换算为温度0.0040.0041.2 数字多用表引入的标准不确定度u12由数字多用表使用说明书可知，1年内其最大允许误差e=(5010-

6、6读数+3510-6量程) (5010-613.421+3510-6100)4.171V。假设在区间内服从均匀分布，则a=4.171S被=4.17174.030=0.056，k=0.0331.3 转换开关寄生热电势引入的标准不确定度u13由热电偶、热电阻自动测量系统校准规范可知，工作阻系统转换开关寄生热电势0.4V。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.4S被=0.474.030=0.005，k=0.0031.4 标准油槽温场分布不均引入的标准不确定度u14由检定规程可知，标准油槽工作区域水平方向和垂直方向最大温差不超过0.02。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.01，k=0.0061.5 标

7、准油槽温度波动引入的标准不确定度u15由检定规程可知，其温度变化不超过0.04/10min。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.02，k=0.0121.6 参考端温度不均引入的标准不确定度u16由检定规程可知，热电偶参考端恒温器冰点瓶内温度为（00.1）。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.1，k=1.7 标准不确定度的合成0.0682输入量的标准不确定度2.1 标准铂电阻分度值引入的标准不确定度u21上级计量检定部门给出的二等标准铂电阻温度计200测量不确定度为U12.0mK，k=2.58，则0.0052.2 标准铂电阻稳定性引入的标准不确定度u22由标准铂电阻检定规程可知，二等标准铂电阻R

8、tp的周期稳定性为10mK。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.01，k=0.0062.3 数字多用表引入的标准不确定度u23由数字多用表使用说明书可知，1年内其最大允许误差R(10010-6读数+4010-6量程)(10010-645.4912+4010-6100)8.549m，换算为温度8.5490.0962=0.089。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.089，k=0.0512.4 转换开关寄生热电势引入的标准不确定度u24由热电偶、热电阻自动测量系统校准规范可知，工作阻系统转换开关寄生热电势0.4V。通过热电阻的电流不大于1mA，合电阻0.4m，换算为温度0.40.09620.004

9、。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.004，k=0.0022.5 标准不确定度的合成0.0523合成标准不确定度各输入量之间彼此独立互不相关，则0.094扩展不确定度因各个分量可视为正态分布，所以P=95%时，可取包含因子k=2，则=0.25对使用二等标准铂电阻温度计校准工作用廉金属热电偶的测量不确定度评估5.1 E分度热电偶300以下其它校准点的测量不确定度见下表：校准0时使用制冷恒温槽，由使用说明书可知其工作区域水平方向和垂直方向最大温差不超过0.02；温度波动度不超过0.01/10min。校准点（）不确定度分量（）（）u11u12u13u14u15u1600.0050.0340.004

10、0.0060.0060.0580.0681000.0040.0330.0030.0060.0120.0580.0682000.0040.0330.0030.0060.0120.0580.0683000.0040.0340.0030.0060.0120.0580.069校准点（）不确定度分量（）（）u21u22u23u2400.0010.0060.0370.0020.0381000.0030.0060.0440.0020.0452000.0050.0060.0510.0020.0523000.0060.0060.0590.0020.059合成不确定度和扩展不确定度为：校准点（）010020030

11、0uc（）0.080.080.090.09U（）（k=2）0.20.20.20.25.2 校准J分度热电偶时，不确定度分量中的u11、u12、u13将发生改变。测量不确定度如下表所示：校准点（）不确定度分量（）（）u11u12u13u14u15u1600.0060.0400.0050.0060.0060.0580.0711000.0050.0400.0040.0060.0120.0580.0722000.0050.0420.0040.0060.0120.0580.0733000.0050.0450.0040.0060.0120.0580.075校准点（）不确定度分量（）（）u21u22u23u

12、2400.0010.0060.0370.0020.0381000.0030.0060.0440.0020.0452000.0050.0060.0510.0020.0523000.0060.0060.0590.0020.059合成不确定度和扩展不确定度为：校准点（）0100200300uc（）0.080.080.090.10U（）（k=2）0.20.20.20.25.3 根据检定规程JJG351-1996，级、级E分度和J分度热电偶校准所用的测量设备和技术要求完全相同，因此级、级热电偶的测量不确定度也相同。可得下表：分度号等级校准点ucU（）（k=2）E级、级00.0680.0380.080.2

13、1000.0680.0450.080.22000.0680.0520.090.23000.0690.0590.090.2J级、级00.071 0.0380.080.21000.072 0.0450.080.22000.073 0.0520.090.23000.075 0.0590.100.26校准和测量能力（CMC） 综上所述，工作用廉金属热电偶300以下校准点的CMC为： 分度号测量范围校准和测量能力（CMC）E（0300）U =0.2，k=2J（0300）U =0.2，k=2四、300以上检定点的标准不确定度评定1输入量的标准不确定度1.1 重复测量引入的标准不确定度u11以一支级K分度热

14、电偶为例，在800时对被检热电偶进行n=10次重复测量，测量结果为xi（单位mV）：33.3537、33.3525、33.3535、33.3542、33.3558、33.3529、33.3535、33.3543、33.3559、33.3551，平均值33.3541mV1.157V取m=4次测量值的平均值作为测量结果，则0.578V，换算为温度0.0140.0141.2 数字多用表引入的标准不确定度u12由数字多用表使用说明书可知，1年内其最大允许误差e=(5010-6读数+3510-6量程)(5010-633.275+3510-6100)5.164V。假设在区间内服从均匀分布，则a=5.164

15、S被=5.16441.000=0.126，k=0.0731.3 转换开关寄生热电势引入的标准不确定度u13由热电偶、热电阻自动测量系统校准规范可知，工作偶系统转换开关寄生热电势0.5V。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.5S被=0.541.000=0.012，k=0.0071.4 检定炉温场分布不均引入的标准不确定度u14由检定规程可知，检定炉最高温区均匀温场内任意两点间温差不大于1。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.5，k=0.2891.5 检定炉温场温度波动引入的标准不确定度u15由检定规程可知，整个测量过程中炉温变化不大于0.25。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.25，k=0.1

16、441.6 参考端温度不均引入的标准不确定度u16由检定规程可知，热电偶参考端恒温器冰点瓶内温度为（00.1）。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.1，k=0.0581.7 标准不确定度的合成0.3362输入量的标准不确定度2.1 标准热电偶分度值引入的标准不确定度u21上级计量检定部门给出的一等标准铂铑10-铂热电偶测量不确定度为U0.6，k=2.58，则0.2332.2 标准热电偶稳定性引入的标准不确定度u22由标准铂铑10-铂热电偶检定规程可知，使用中的一等标准铂铑10-铂热电偶在铜点热电动势变化不大于5V。假设在区间内服从均匀分布，则a=2.5S标=2.510.869=0.230，k=

17、0.1332.3 数字多用表引入的标准不确定度u23由数字多用表使用说明书可知，1年内其最大允许误差e=(5010-6读数+3510-6量程)(5010-67.345+3510-6100)3.867V。假设在区间内服从均匀分布，则a=3.867S标=3.86710.869=0.356，k=0.2052.4 转换开关寄生热电势引入的标准不确定度u24由热电偶、热电阻自动测量系统校准规范可知，工作偶系统转换开关寄生热电势0.5V。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.5S标=0.510.869=0.046，k=0.0272.5 参考端温度不均引入的标准不确定度u25由检定规程可知，热电偶参考端恒温器

18、冰点瓶内温度为（00.1）。假设在区间内服从均匀分布，则a=0.1，k=0.0582.6 标准不确定度的合成0.3443合成标准不确定度各输入量之间彼此独立互不相关，则0.484扩展不确定度因各个分量可视为正态分布，所以P=95%时，可取包含因子k=2，则=1.05对使用标准热电偶校准工作用廉金属热电偶的测量不确定度评估5.1 级K分度热电偶300以上其它校准点的测量不确定度见下表：校准点（）30040050060070080090010001100不确定度分量（）u110.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0150.015u120.0570.0590.06

19、10.0640.0680.0730.0770.0820.088u130.0070.0070.0070.0070.0070.0070.0070.0070.008u140.2890.2890.2890.2890.2890.2890.2890.2890.289u150.1440.1440.1440.1440.1440.1440.1440.1440.144u160.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.058（）0.3330.3330.3340.3340.3350.3360.3370.3380.340校准点（）3004005006007008009001000

20、1100不确定度分量（）u210.2330.2330.2330.2330.2330.2330.2330.2330.233u220.1580.1510.1460.1410.1370.1330.1290.1250.122u230.2290.2210.2160.2130.2090.2050.2020.1990.197u240.0320.0300.0290.0280.0270.0270.0260.0250.024u250.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.058（）0.3690.3610.3560.3520.3480.3440.3400.3370.335u

21、c（）0.500.490.490.490.480.480.480.480.48U（）（k=2）1.01.01.01.01.01.01.01.01.05.2 校准N分度、E分度、J分度热电偶时，不确定度分量中的u11、u12、u13将发生改变。测量不确定度如下表所示：校准点（）30040050060070080090010001100u11K0.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0150.015N0.016 0.016 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 E0.011 0.011 0.011 0.011 0.01

22、1 0.011 -J0.016 0.016 0.015 0.015 -u12K0.0570.0590.0610.0640.0680.0730.0770.0820.088N0.065 0.065 0.065 0.067 0.070 0.072 0.076 0.079 0.084 E0.034 0.036 0.038 0.041 0.045 0.048 -J0.045 0.048 0.050 0.051 -u13K0.0070.0070.0070.0070.0070.0070.0070.0070.008N0.008 0.008 0.008 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007

23、 0.008 E0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 -J0.005 0.005 0.005 0.005 -u140.2890.2890.2890.2890.2890.2890.2890.2890.289u150.1440.1440.1440.1440.1440.1440.1440.1440.144u160.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.058（）K0.3330.3330.3340.3340.3350.3360.3370.3380.340N0.335 0.335 0.335 0.335 0.336 0.336

24、0.337 0.338 0.339 E0.330 0.330 0.330 0.331 0.331 0.332 -J0.331 0.332 0.332 0.332 -5.3 根据检定规程JJG351-1996，级廉金属热电偶用一等标准进行检定，级廉金属热电偶用二等标准进行检定，所以校准不同等级的热电偶时u21、u22将发生改变。测量不确定度如下表所示：校准点（）30040050060070080090010001100u21一等0.2330.2330.2330.2330.2330.2330.2330.2330.233二等0.3880.3880.3880.3880.3880.3880.3880.3

25、880.388u22一等0.1580.1510.1460.1410.1370.1330.1290.1250.122二等0.3160.3020.2920.2830.2740.2660.2570.2500.244u230.2290.2210.2160.2130.2090.2050.2020.1990.197u240.0320.0300.0290.0280.0270.0270.0260.0250.024u250.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.0580.058（）一等0.3690.3610.3560.3520.3480.3440.3400.3370.335二等0

26、.5540.5430.5350.5290.5230.5170.5110.5070.5035.4 用一等、二等标准热电偶分别校准级、级不同分度号热电偶时，测量不确定度如下表所示：分度号校准点（）30040050060070080090010001100Kuc（）级0.50 0.49 0.49 0.49 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 级0.65 0.64 0.63 0.63 0.62 0.62 0.61 0.61 0.61 U（）（k=2）级1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 级1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2 1.2

27、1.2 Nuc（）级0.50 0.49 0.49 0.49 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 级0.65 0.64 0.63 0.63 0.62 0.62 0.61 0.61 0.61 U（）（k=2）级1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 级1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 Euc（）级0.49 0.49 0.49 0.48 0.48 0.48 -级0.64 0.64 0.63 0.62 0.62 0.61 -U（）（k=2）级1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 -级1.3 1.3 1.3 1

28、.2 1.2 1.2 -Juc（）级0.50 0.49 0.49 0.48 -级0.65 0.64 0.63 0.62 -U（）（k=2）级1.0 1.0 1.0 1.0 -级1.3 1.3 1.3 1.2 -5.5 因此，不同分度号、不同等级的廉金属热电偶测量不确定度可表示为：分度号等级测量范围U（）（k=2）K级（3001100）1.0级（300600）1.3（7001100）1.2N级（3001100）1.0级（300600）1.3（7001100）1.2E级（300800）1.0级（300500）1.3（600800）1.2J级（300600）1.0级（300500）1.36001.26校准和测量能力（CMC） 综上所述，工作用廉金属热电偶300以上校准点的CMC为： 分度号测量范围校准和测量能力（CMC）K（3001100）U =1.0，k=2N（3001100）U =1.0，k=2E（300800）U =1.0，k=2J（300600）U =1.0，k=2五、校准工作用廉金属热电偶的CMC分度号测量范围校准和测量能力（CMC）K（3001100）U =1.0，k=2N（3001100）U =1.0，k=2E（0300）U =0.2，k=2（300800）U =1.0，k=2J（0300）U =0.2，k=2（300600）U =1.0，k=2