BWK-702熱電偶檢測(cè)時(shí)的誤差分析

在工業(yè)熱電偶的檢定規(guī)程中，對(duì)工業(yè)熱電偶的檢定裝置及配套儀器都有明確的技術(shù)性能及不確定度要求，而檢定過程中檢定裝置是由多種測(cè)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(biāo)準(zhǔn)熱電偶、管式檢定爐、UJ51直流電位差計(jì)、B4-65轉(zhuǎn)換開關(guān)、AC15-4檢流計(jì)、BC8型標(biāo)準(zhǔn)電池及其他輔助設(shè)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(nèi)溫度的變化是造成測(cè)量誤差的必然因素。要定量分析這種誤差是很困難的，當(dāng)溫度波動(dòng)很大時(shí)，它對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，在測(cè)量過程中是必須考慮的，其值的估計(jì)可根據(jù)具體情況來定。

1.2 測(cè)量?jī)x器造成的誤差

1.2.1 直流電位差計(jì)的允許基本誤差e₀

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

|e₀|≤10^-6＋10^-4 Ux

上式中的|e₀|是允許基本誤差（V），Ux是測(cè)量盤示值（V）。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)電池溫度補(bǔ)償盤造成的誤差e₁

標(biāo)準(zhǔn)電池選用的是BC8型，經(jīng)檢定：20℃時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為1.018650V，因標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)是隨溫度變化的，所以必須修正。具體利用電位差計(jì)上的溫度補(bǔ)償盤進(jìn)行修正，UJ51型直流電位差計(jì)的溫度補(bǔ)償范圍為1.01800～1.01900V，溫度補(bǔ)償盤的步進(jìn)值為10μV，且各示值相對(duì)與參考值1.018650V的相對(duì)誤差≤±0.001％。

1.2.3 轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電動(dòng)勢(shì)e₂

為了實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢定多支熱電偶的需要。在測(cè)量回路中連接多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)，多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電動(dòng)勢(shì)應(yīng)盡量小，以減小測(cè)量的附加誤差，根據(jù)規(guī)程的要求，檢定廉價(jià)金屬熱電偶的多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)寄生電動(dòng)勢(shì)應(yīng)≤0.50μV。

1.2.4 檢流計(jì)分辨率也會(huì)帶來誤差，由于誤差很小，可忽略不計(jì)。

1.3 熱電偶的傳遞誤差e₃

為了準(zhǔn)確地進(jìn)行量值傳遞，必須分析標(biāo)準(zhǔn)偶的傳遞誤差。本裝置的標(biāo)準(zhǔn)器為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10－鉑熱電偶，產(chǎn)生其誤差的因素主要有以下幾個(gè)方面：

⑴鉑銠₁₀－鉑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶組的傳遞誤差σ₁＝2.0μV，這是量傳過程中不可避免的。

⑵分度時(shí)因操作影響而出現(xiàn)的誤差σ₂＝2.5μV，這是操作者所造成的。

⑶熱電偶短期穩(wěn)定性誤差σ₃＝8.0μV，這是由熱電偶本身的特性決定的。

⑷內(nèi)插計(jì)算誤差σ₄，這個(gè)誤差可以忽略不計(jì)。

⑸測(cè)量?jī)x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(cè)量會(huì)里的寄生電動(dòng)勢(shì)e₄

檢定方法采用雙極法，在用直流電位差計(jì)測(cè)量電壓時(shí)，和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶構(gòu)成回路其中包括連接導(dǎo)線，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，得到回路的寄生電動(dòng)勢(shì)均為0.50μV。

1.5 熱電偶冷端不在攝氏零度時(shí)所引起的誤差e₅

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

2  裝置的誤差計(jì)算及合成不確定度U的估計(jì)

利用一等鉑銠₁₀－鉑熱電偶檢定Ⅱ級(jí)鎳鉻－鎳硅熱電偶時(shí)，規(guī)程中規(guī)定了4個(gè)檢定點(diǎn)，其溫度分別是400℃、600℃、800℃、1000℃，現(xiàn)以測(cè)量端溫度是1000℃為例，對(duì)上述各項(xiàng)誤差進(jìn)行定量分析，各項(xiàng)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(nèi)溫度的變化來著手，若將室溫的變化限制在一定的范圍內(nèi)，就可達(dá)到消除該項(xiàng)誤差的目的，用BWK-702型熱電偶檢定裝置進(jìn)行檢定時(shí)，當(dāng)將室溫控制在20±5℃以內(nèi)時(shí)，此項(xiàng)誤差可以忽略，否則不能忽略。

2.2 測(cè)量?jī)x器的誤差

⑴直流電位差計(jì)的允許基本誤差e₀

熱電偶的測(cè)量端溫度為1000℃，直流電位差計(jì)的測(cè)量電壓為76.725μV，由前可知計(jì)算公式：|e₀|≤10^-6＋10^-4 Ux。

式中Ux＝41.27mV＝41.27×10^-3V

∴|e₀|＝（10^-6＋10^-4 ×76.725×10^-3）V

        ＝8.6725×10^-6V＝8.6725μV，相當(dāng)于0.2℃，因?yàn)?/span>1℃相當(dāng)于0.039mV。

⑵由于溫度補(bǔ)償所造成的誤差e₁

溫度補(bǔ)償盤的相對(duì)誤差為±0.001％，所以不修正的標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)為10μV，相當(dāng)于0.3℃，由此所造成的誤差e₁約為5.00μV，相當(dāng)于0.120℃。

⑶轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電動(dòng)勢(shì)e₂

檢定時(shí)所用的轉(zhuǎn)換開關(guān)是B4-65型，而B4-65型轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過測(cè)試約為0.10μV，所以|e₂|＜0.100μV，相當(dāng)于0.002℃。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算一等標(biāo)準(zhǔn)偶的極限誤差，應(yīng)著重指出這個(gè)誤差是指對(duì)國(guó)際溫標(biāo)的傳遞誤差，通常以極限誤差表示。檢定一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠₁₀－鉑熱電偶用的是一等鉑銠₁₀－鉑熱電偶標(biāo)準(zhǔn)組，極限誤差σ1＝2.0μV；操作誤差取兩次分度允差的一半，一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶規(guī)定兩次分度之差不超過5μV，故σ2＝2.5μV，短期穩(wěn)定性以監(jiān)督性校驗(yàn)為依據(jù)。一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的監(jiān)督性校驗(yàn)規(guī)定不超過8μV ，即σ3＝8.0μV，內(nèi)插計(jì)算誤差可忽略不計(jì)，如把熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與均勻性控制在較小的范圍內(nèi)，則總誤差：

，相當(dāng)于0. 220℃ 。

2.4 測(cè)量回路的寄生電動(dòng)勢(shì)e₄

由上面知：e₄＝0.5μV，相當(dāng)于0. 012℃ 。

2.5 冷端不在零度時(shí)的誤差e₅

由上面知：e₅＝5μV，相當(dāng)于0. 120℃ 。

2.6擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

通過上述各項(xiàng)誤差的定量分析，我們得到了各項(xiàng)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(jì)算：

U₉₉=3U_c=3×0.34=1.02℃ 。

3  結(jié)  論

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(jì)算而得到，當(dāng)被檢定的熱電偶測(cè)量端溫度為1000℃時(shí)的裝置合成不確定度U＝0.34℃，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(cè)量點(diǎn)溫度＞400℃時(shí)，Ⅰ級(jí)熱電偶的允許誤差為±0.4％t℃，Ⅱ級(jí)熱電偶的允許誤差為±0.75％t℃，所以當(dāng)熱電偶測(cè)量端溫度為1000℃時(shí)，Ⅰ、Ⅱ級(jí)熱電偶的允許誤差分別為±4.0℃和±7.5℃，均大于該裝置的擴(kuò)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。