工業(yè)熱電偶測量結果不確定性分析與應用

摘要:工業(yè)熱電偶在儀器儀表行業(yè)中屬于傳感器系列，用于工業(yè)溫度測量，作為現代測量工具之一，它的質(zhì)量決定了測量溫度的精度。檢定熱電偶測溫的正確性，需要測定其穩定性等指標。
傳統的熱電偶檢定采用人工方法，對熱電偶進(jìn)行插入、計數、檢定數據等工序，耗費時(shí)間長(cháng)且容易出現數據錯誤。取而代之的是由計算機及外部設備組成的自動(dòng)檢定系統。除了捆綁、插入等工序還需要人工操作之外，其他均采用了自動(dòng)化系統，不僅解決了勞動(dòng)力強度高的問(wèn)題，還保證了數據處理和判定的正確性。案例采用熱電偶自動(dòng)檢定系統對DN50熱電偶進(jìn)行不確定性評定，外圍設備包括標油槽、冷端補償器等，實(shí)現了數據采集分析、鑒定結果輸出等自動(dòng)化處理。
1熱電偶自動(dòng)檢定設備配套設備的主要技術(shù)指標
(1)數字多用表為被檢熱電偶的熱電動(dòng)勢，檢定誤差為正負0.0025%,每月示值誤差會(huì )增加，需要每年檢定一次。
(2)管式爐，用于設置熱電偶需要的測量端測溫點(diǎn)溫度，溫差不會(huì )大于1攝氏度。
(3)冰點(diǎn)恒溫器，用于測量熱電偶參考端溫度，誤差在正負0.2攝氏度之間。
(4)掃描開(kāi)關(guān)，接觸熱點(diǎn)動(dòng)勢與測量系統配套的掃描開(kāi)關(guān)。
(5)冷端補償器:可長(cháng)期保持極高冷端溫度補償的精度。
 
2被測量熱電偶的技術(shù)指標
　　被測量熱電偶DN50采用的原料成份為鎳鉻、鎳規，檢定溫度點(diǎn)分別為400、800攝氏度。要求誤差不能超過(guò)2.5攝氏度，允差取最大值。
3測量過(guò)程和方法
3.1檢定準備階段
　　將熱電偶的測量端均勻圍繞細鎳鉻絲，將捆扎好的熱電偶裝入管式爐內，熱電偶測量端放置于管式爐的最高溫區中心，安放好后，連接熱電偶、數字多用表、轉換器等的電源線(xiàn)、通訊線(xiàn)等，將補償導線(xiàn)插入冷端補償器中，送電檢定。
3.2檢定
　　打開(kāi)微機控制掃描，微機掃描系統開(kāi)始讀取熱電偶的爐溫，從多用表開(kāi)始讀取相關(guān)數據，對熱電偶的升溫狀態(tài)逐一進(jìn)行檢查。待全部設定溫度檢查完畢后，在微機上預覽檢測數據和運算結果，打印出紙質(zhì)報告。
3.3計算
　　在對熱電偶的熱點(diǎn)測量端的溫度點(diǎn)、參考端的熱電動(dòng)勢進(jìn)行檢定后，就會(huì )得出DN50鉑銠熱電偶的測量數值。數字多用表提供檢定爐的各個(gè)測量溫度點(diǎn)的熱量值，冰點(diǎn)恒定器提供零攝氏度的冰點(diǎn)溫度”。
3.4不確定度來(lái)源
　　DN50熱電偶采用的測量結果是由微機自動(dòng)采集，不存在人工誤讀的情況，同時(shí)，除了將熱電偶放置在管式爐的過(guò)程是屬于人工行為，其他的測量端、參考端、溫度場(chǎng)的熱量調節均有系統自動(dòng)測算。測量環(huán)境滿(mǎn)足了電測儀表的環(huán)境要求,溫度保持在24攝氏度左右，相對濕度在50到80%RH之間，檢定室的溫度和濕度也在環(huán)境標準數值范圍內。因此環(huán)境因素不會(huì )給測量結果帶來(lái)不確定性。
3.5不確定性評定
　　不確定度性要表現為被測熱電偶的測量值重復性、數字多用表的計算錯誤、檢定溫度場(chǎng)的溫度不均勻、測量回路電勢以及熱電偶的參考端不均勻等。
3.5.1參考端溫度不為零的不確定度
　　熱電偶測溫原理，要求熱電偶參考端溫度應恒定，--般恒定在0℃。如果不是0'C，甚至是波動(dòng)的，原因有可能是插入爐內用于測溫的熱電偶，被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱，而熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí)，因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。
3.5.2輸入量引入的不確定度
　　輸入量的不確定度是由二等標準熱電偶分度值和其他不穩定性造成的。
3.5.3熱電偶分度值不確定性
　　將DN50作為二等標準鉑銠熱電偶的不確定性引入任意檢定標準，可以推算出標準不確定度，按照此類(lèi)標準來(lái)評定，顧及出相對不確定度為零。
3.5.4由檢定爐分布均勻引起的不確定分析，是由于檢定爐內的溫差不均勻，導致測定溫度的分量呈現不同整百度點(diǎn)的計算結果。
3.5.5由測量寄生回路電勢引起的不確定性，是由于微機開(kāi)關(guān)接觸熱電動(dòng)勢的不確定度造成了不同整百度點(diǎn)的計算結果。采用此類(lèi)方法進(jìn)行評定，則熱電偶參考端溫度呈現不均勻的數值結果。
4效果評價(jià)
　　通過(guò)對DN50熱電偶自動(dòng)檢定，我們得出以下結論，各個(gè)分量值的作用是不同的，如數字多用表在測量過(guò)程中引入的不確定度分量是最大的，而掃描開(kāi)關(guān)對熱電偶的測量不確定度是最小的。因此要提高自動(dòng)化檢測系統的檢測正確率，就要選擇更高等級的數字多用表。本次自動(dòng)檢定測量結果中經(jīng)過(guò)溫度檢定部門(mén)和上級計量部門(mén)]檢定雙重檢定對比，得出的測量結果之差是小于擴展不確定度的，這也充分證明了本次測量的系統是可以通過(guò)驗證的。
5結束語(yǔ)
　　通過(guò)以DN50熱電偶為參考的檢定試驗我們得出了一個(gè)結論，電測系統的測量誤差與熱電偶自身、檢定爐、參考端溫度場(chǎng)等都有關(guān)系，這也是熱電偶測量不確定性的主要來(lái)源。因此提高系統的檢測水平，不僅要注意提高檢測儀表和熱電偶的精度等級，還要加強日常定期的檢修和校準，這些是對設備正常運轉的保障措施。