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BWK-702熱電偶檢測時的誤差分析

BWK-702熱電偶檢測時的誤差分析

2012/12/24 12:11:11

在工業(yè)熱電偶的檢定規(guī)程中,對工業(yè)熱電偶的檢定裝置及配套儀器都有明確的技術性能及不確定度要求,而檢定過程中檢定裝置是由多種測試儀器組成的,我們單位采用的工業(yè)熱電偶的檢定裝置是由BWK-702控溫裝置,一等鉑銠10-鉑標準熱電偶、管式檢定爐、UJ51直流電位差計、B4-65轉換開關、AC15-4檢流計、BC8型標準電池及其他輔助設備組成的。

1  熱電偶檢定裝置的誤差分析

1.1 室溫變化所引起的誤差

在檢定過程中,室內溫度的變化是造成測量誤差的必然因素。要定量分析這種誤差是很困難的,當溫度波動很大時,它對測量結果有很大影響,在測量過程中是必須考慮的,其值的估計可根據具體情況來定。

1.2 測量儀器造成的誤差

1.2.1 直流電位差計的允許基本誤差e0

規(guī)程中規(guī)定“檢定Ⅰ級熱電偶需配不低于0.02級的低電勢直流電位差計?!睙犭娕嫉臋z定裝置選用的是UJ51型低電勢直流電位差計,準確度0.01級。符合熱電偶檢定規(guī)程,在測量電壓時,室溫保證在20±5℃,相對濕度≤80%的情況下,其允許基本誤差符合以下計算公式:

|e0|10-610-4 Ux

上式中的|e0|是允許基本誤差(V),Ux是測量盤示值(V)。

1.2.2 標準電池溫度補償盤造成的誤差e1

標準電池選用的是BC8型,經檢定:20℃時的電動勢為1.018650V,因標準電池的電動勢是隨溫度變化的,所以必須修正。具體利用電位差計上的溫度補償盤進行修正,UJ51型直流電位差計的溫度補償范圍為1.018001.01900V,溫度補償盤的步進值為10μV,且各示值相對與參考值1.018650V的相對誤差≤±0.001%。

1.2.3 轉換開關的寄生電動勢e2

為了實現同時檢定多支熱電偶的需要。在測量回路中連接多點轉換開關,多點轉換開關的寄生電動勢應盡量小,以減小測量的附加誤差,根據規(guī)程的要求,檢定廉價金屬熱電偶的多點轉換開關寄生電動勢應≤0.50μV

1.2.4 檢流計分辨率也會帶來誤差,由于誤差很小,可忽略不計。

1.3 熱電偶的傳遞誤差e3

為了準確地進行量值傳遞,必須分析標準偶的傳遞誤差。本裝置的標準器為一等標準鉑銠10-鉑熱電偶,產生其誤差的因素主要有以下幾個方面:

⑴鉑銠10-鉑標準熱電偶組的傳遞誤差σ12.0μV,這是量傳過程中不可避免的。

⑵分度時因操作影響而出現的誤差σ22.5μV,這是操作者所造成的。

⑶熱電偶短期穩(wěn)定性誤差σ38.0μV,這是由熱電偶本身的特性決定的。

⑷內插計算誤差σ4,這個誤差可以忽略不計。

⑸測量儀器的誤差σ5,以上的誤差分析均含有儀器的誤差。

1.4 熱電偶測量會里的寄生電動勢e4

檢定方法采用雙極法,在用直流電位差計測量電壓時,和標準熱電偶構成回路其中包括連接導線,經實際測量,得到回路的寄生電動勢均為0.50μV。

1.5 熱電偶冷端不在攝氏零度時所引起的誤差e5

熱電偶檢定規(guī)程中允許在檢定Ⅰ級鎳鉻-鎳硅熱電偶時,其參考端可置于室溫中,但在計算檢定結果時應將其修正到0℃,由此所引起的誤差約5.00μV。

2  裝置的誤差計算及合成不確定度U的估計

利用一等鉑銠10-鉑熱電偶檢定Ⅱ級鎳鉻-鎳硅熱電偶時,規(guī)程中規(guī)定了4個檢定點,其溫度分別是400℃、600℃、800℃、1000℃,現以測量端溫度是1000℃為例,對上述各項誤差進行定量分析,各項誤差均以統(tǒng)一單位℃表示。

2.1 由于室溫的變化所引起的誤差

這種誤差如果定量分析是非常困難的,但可以從控制室內溫度的變化來著手,若將室溫的變化限制在一定的范圍內,就可達到消除該項誤差的目的,用BWK-702型熱電偶檢定裝置進行檢定時,當將室溫控制在20±5℃以內時,此項誤差可以忽略,否則不能忽略。

2.2 測量儀器的誤差

⑴直流電位差計的允許基本誤差e0

熱電偶的測量端溫度為1000℃,直流電位差計的測量電壓為76.725μV,由前可知計算公式:|e0|10-610-4 Ux

式中Ux41.27mV41.27×10-3V

|e0|=(10-610-4 ×76.725×10-3V

        8.6725×10-6V8.6725μV,相當于0.2℃,因為1℃相當于0.039mV。

⑵由于溫度補償所造成的誤差e1

溫度補償盤的相對誤差為±0.001%,所以不修正的標準電池電動勢為10μV,相當于0.3℃,由此所造成的誤差e1約為5.00μV,相當于0.120℃。

⑶轉換開關的寄生電動勢e2

檢定時所用的轉換開關是B4-65型,而B4-65型轉換開關的寄生電動勢經過測試約為0.10μV,所以|e2|0.100μV,相當于0.002℃。

2.3 標準偶的極限誤差e3

以上我們分析了造成傳遞誤差的因素,下面我們計算一等標準偶的極限誤差,應著重指出這個誤差是指對國際溫標的傳遞誤差,通常以極限誤差表示。檢定一等標準鉑銠10-鉑熱電偶用的是一等鉑銠10-鉑熱電偶標準組,極限誤差σ12.0μV;操作誤差取兩次分度允差的一半,一等標準熱電偶規(guī)定兩次分度之差不超過5μV,故σ22.5μV,短期穩(wěn)定性以監(jiān)督性校驗為依據。一等標準熱電偶的監(jiān)督性校驗規(guī)定不超過8μV ,即σ38.0μV,內插計算誤差可忽略不計,如把熱電偶的長期穩(wěn)定性與均勻性控制在較小的范圍內,則總誤差:

,相當于0. 220 。

2.4 測量回路的寄生電動勢e4

由上面知:e40.5μV,相當于0. 012 。

2.5 冷端不在零度時的誤差e5

由上面知:e55μV,相當于0. 120

2.6擴展不確定度的計算

通過上述各項誤差的定量分析,我們得到了各項誤差限,由此即可確定裝置的合成不確定度Uc,采用方和根法計算:

U99=3Uc=3×0.34=1.02 。

3   

BWK-702熱電偶檢定裝置的合成不確定度通過上面的誤差分析和計算而得到,當被檢定的熱電偶測量端溫度為1000℃時的裝置合成不確定度U0.34℃,熱電偶規(guī)程中規(guī)定:工業(yè)用鎳鉻-鎳硅熱電偶的允許誤差分別為:測量點溫度>400℃時,Ⅰ級熱電偶的允許誤差為±0.4t℃,Ⅱ級熱電偶的允許誤差為±0.75t℃,所以當熱電偶測量端溫度為1000℃時,Ⅰ、Ⅱ級熱電偶的允許誤差分別為±4.0℃和±7.5℃,均大于該裝置的擴展不確定度,所以用BWK-702型熱電偶檢定裝置傳遞工業(yè)用鎳鉻-鎳硅熱電偶符合量值傳遞的要求。

審核編輯(
王靜
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