熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1098—20031熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本校準(zhǔn)規(guī)范適用于S型二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、工作用熱電偶和工業(yè)熱電阻自動測量系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))的校準(zhǔn)。對于R型、B型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)也可參照執(zhí)行。2引用文獻(xiàn)JJG75—1995JJG351—1996JJG141—2000JJG229—1998使用本規(guī)范時(shí),《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定規(guī)程》《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》《工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)的現(xiàn)行有效版本。3術(shù)語和計(jì)量單位3.1標(biāo)準(zhǔn)器指標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。3.2電測儀表指用于測量電信號的測量儀表,如電位差計(jì)、數(shù)字多用表等。3.3恒溫裝置泛指用于提供恒定溫場的設(shè)備,如熱電偶檢定爐或恒溫槽等。3.4掃描開關(guān)指用于切換數(shù)據(jù)采集通道的裝置,又稱為多路轉(zhuǎn)換開關(guān)或電子掃描器。4概述4.1系統(tǒng)的組成熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)的種類很多,它可以是一體化的,也可以是由若干部件構(gòu)成的。典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1測量系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖JJF1098—200324.2系統(tǒng)的用途4.2.1標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動測量系統(tǒng)(以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)),用于校準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶;4.2.2工作用熱電偶自動測量系統(tǒng)(以下簡稱工作偶系統(tǒng)),用于校準(zhǔn)工作用貴(或廉)金屬熱電偶;4.2.3工業(yè)用熱電阻自動測量系統(tǒng)(以下簡稱工業(yè)阻系統(tǒng)),用于校準(zhǔn)工業(yè)鉑、銅熱電5計(jì)量特性5.1系統(tǒng)各主要部件的技術(shù)要求5.1.1測量系統(tǒng)各部件標(biāo)志、證書和編號齊全,必須帶有系統(tǒng)構(gòu)成原理圖與接線圖。各部件連接線和接插件應(yīng)有明顯標(biāo)志,數(shù)量、長度滿足實(shí)際工作需求,接插安全可靠。5.1.2系統(tǒng)各主要部件的技術(shù)要求應(yīng)符合相關(guān)檢定規(guī)程或規(guī)范所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。5.2專用測量軟件的功能要求5.2.1專用測量軟件應(yīng)帶有安裝程序,有完整的操作使用、維護(hù)說明和必要的備份,可以加密。其名稱、版本、序列號、生產(chǎn)日期和制作單位等信息應(yīng)標(biāo)識清楚。5.2.2專用測量軟件應(yīng)具備原始測量數(shù)據(jù)安全記錄保存功能;測量數(shù)據(jù)的采集計(jì)算與檢定結(jié)果處理及檢測報(bào)告的出具應(yīng)符合相關(guān)檢定規(guī)程要求,其原始數(shù)據(jù)不能進(jìn)行人工修改。自動測量系統(tǒng)應(yīng)能正確判定溫度穩(wěn)定,測量采樣數(shù)據(jù)可靠,并能顯示、打印、保存和查詢其校準(zhǔn)記錄。5.3安全性能5.3.1系統(tǒng)各部件絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度應(yīng)符合GB4793—1995電子測量儀器安全要求的規(guī)定。系統(tǒng)電源端子和輸入端對外殼的絕緣電阻應(yīng)不小于20MΩ。5.3.2在測量過程中由于干擾、斷電、部件故障和誤操作、病毒及軟件沖突等原因引起死機(jī)或不能完成本次測量工作時(shí),應(yīng)保證檢定爐或恒溫裝置不因失控而被損壞,并保留故障前已有的測量數(shù)據(jù)。5.4計(jì)量特性計(jì)量特性指標(biāo)見表1。表1系統(tǒng)的計(jì)量特性標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)工作偶系統(tǒng)工業(yè)阻系統(tǒng)掃描開關(guān)寄生電勢≤0.4μV≤0.5μV≤0.4μV通道間數(shù)據(jù)采集差值≤1μV≤2μV≤2μV或2mΩ測量重復(fù)性≤1.5μV≤3μVJJF1098—20033表1(續(xù))標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)工作偶系統(tǒng)工業(yè)阻系統(tǒng)恒溫性能設(shè)定點(diǎn)偏差不超過±5℃恒溫≤0.5℃/6min測量≤0.1℃/min設(shè)定點(diǎn)偏差不超過±5℃恒溫≤0.6℃/6min測量≤0.2℃/min設(shè)定點(diǎn)偏差不超過±2℃恒溫≤0.04℃/10min測量≤0.02℃/min測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗(yàn)證≤0.5μV≤1μVA級:≤0.4mΩB級:≤2mΩ電測儀表校準(zhǔn)要求在本系統(tǒng)使用段上應(yīng)按基本量程做調(diào)準(zhǔn)校準(zhǔn)并對工業(yè)阻系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)校準(zhǔn)的實(shí)際使用量程調(diào)準(zhǔn)校準(zhǔn)并符合要求校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證不確定度驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)符合國家計(jì)量檢定系統(tǒng)表中相應(yīng)的規(guī)定6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件環(huán)境溫度:(23±5)℃相對濕度:≤85%其他條件:以不影響對系統(tǒng)的正常校準(zhǔn)為限。6.2校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備系統(tǒng)校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備見表2。表2校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)工作偶系統(tǒng)工業(yè)阻系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶熱電偶(貴金屬)熱電偶(廉金屬)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)試樣(經(jīng)近期檢定的)一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶熱電偶經(jīng)校準(zhǔn)的K型熱電偶A級鉑熱電阻電測儀表0.02級電測儀表或同等準(zhǔn)確度的其他電測設(shè)備(分辨率0.1μV或0.1mΩ)納伏表絕緣電阻測試儀500V兆歐表,準(zhǔn)確度10%標(biāo)準(zhǔn)模擬信號源準(zhǔn)確度不低于2×10-4,分辨率不低于0.1μV,穩(wěn)定度優(yōu)于被測允差的1/547校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目在系統(tǒng)校準(zhǔn)前,應(yīng)對其配置的標(biāo)準(zhǔn)器、電測儀表、恒溫裝置、參考端恒溫器和工業(yè)偶系統(tǒng)用的補(bǔ)償導(dǎo)線等有計(jì)量性能要求的各個組成部件,按相應(yīng)的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范單獨(dú)檢定或校準(zhǔn)。其結(jié)果應(yīng)符合5.1.2的相關(guān)要求,并應(yīng)具有可溯源到國家基標(biāo)準(zhǔn)的有效檢定或校準(zhǔn)證書,然后再對整套系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。建議校準(zhǔn)項(xiàng)目如表3所示。表3校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)工作偶系統(tǒng)工業(yè)阻系統(tǒng)首次復(fù)校首次復(fù)校首次復(fù)校安全性能檢查++++++掃描開關(guān)寄生電勢++++++通道間數(shù)據(jù)采集差值++++++測量重復(fù)性+ + +-恒溫性能+ + +-測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗(yàn)證++++++校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證++++++注:表內(nèi)“+”為校準(zhǔn)項(xiàng)目,“-”為可不校準(zhǔn)項(xiàng)目,具體項(xiàng)目可根據(jù)用戶要求選擇使用。7.2校準(zhǔn)方法7.2.1校準(zhǔn)前的預(yù)處置校準(zhǔn)前應(yīng)檢查系統(tǒng)各主要部件的有效檢定或校準(zhǔn)證書,并符合7.1條要求。應(yīng)按操作使用維護(hù)說明書的要求對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)置,使其處于正常工作狀態(tài)。校準(zhǔn)過程中不允許對系統(tǒng)進(jìn)行再調(diào)整。7.2.2安全性能檢查a)用500V兆歐表測量系統(tǒng)短接后的電源輸入端子、信號輸入端子對系統(tǒng)外殼的絕緣電阻,其結(jié)果應(yīng)滿足5.3.1的要求;b)人為設(shè)置故障,使系統(tǒng)死機(jī)或中斷測量,其結(jié)果應(yīng)滿足5.3.2的要求。7.2.3掃描開關(guān)寄生電勢的測試掃描開關(guān)寄生電勢用納伏表測量。其方法是:a)將掃描開關(guān)各輸入端分別用直徑1mm單芯銅導(dǎo)線短接;b)將掃描開關(guān)輸出端子用相同銅導(dǎo)線短接后分別接至納伏表輸入端;c)20min后,對納伏表清零,并剪斷掃描開關(guān)輸出端的短路導(dǎo)線;d)依次切換掃描開關(guān)通道進(jìn)行測量,在每個通道停留60s,記錄絕對值的最大電勢;掃描開關(guān)斷電5min后,重復(fù)上述檢查,如此反復(fù)測量3次,取各通道3次測量結(jié)果的最大值為該通道的寄生電勢值,其結(jié)果應(yīng)符合表1的規(guī)定。JJF1098—200357.2.4通道間數(shù)據(jù)采集差值的測試通道間數(shù)據(jù)采集差值的測試可采用0.02級標(biāo)準(zhǔn)信號源輸入模擬信號的方法進(jìn)行。測試點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)在銅點(diǎn)(1084.62℃),工作偶系統(tǒng)在整百度點(diǎn),工業(yè)阻系統(tǒng)在100℃點(diǎn)附近上進(jìn)行。其方法是:a)將掃描開關(guān)的輸入同名端分別用直徑1mm單芯銅導(dǎo)線短接后與信號源相連;b)在納伏表上分別讀取各通道的采樣值,反復(fù)測量三次,取各通道數(shù)據(jù)采集結(jié)果的平均值為各通道的數(shù)據(jù)采集值,計(jì)算其中的最大差值為通道間數(shù)據(jù)采集差值,其結(jié)果應(yīng)符合表1的規(guī)定。7.2.5校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證用系統(tǒng)上配置的標(biāo)準(zhǔn)器作標(biāo)準(zhǔn),表2中的試樣作被校。校準(zhǔn)點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)偶及工作用貴金屬熱電偶在鋅(419.527℃)、鋁(660.323℃)、銅(1084.62℃)點(diǎn),工作用廉金屬熱電偶可在整百度點(diǎn),工業(yè)其方法是:a)將系統(tǒng)控制到被測溫度點(diǎn),當(dāng)達(dá)到表1恒溫性能要求狀態(tài)時(shí)方可進(jìn)行測量;b)按系統(tǒng)采用的檢定方法實(shí)際檢測,得出被校點(diǎn)上的實(shí)測值;95%時(shí)實(shí)測值的不確定度,U2為p=95%時(shí)試樣證書上的不確定度),應(yīng)符合表1的要7.2.6重復(fù)性測試c)將實(shí)測值與試樣證書上的已知值比較,其差值不95%時(shí)實(shí)測值的不確定度,U2為p=95%時(shí)試樣證書上的不確定度),應(yīng)符合表1的要7.2.6重復(fù)性測試重復(fù)性測試用系統(tǒng)上配置的標(biāo)準(zhǔn)器作標(biāo)準(zhǔn)器,表2中的試樣作被校,測試點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)偶系統(tǒng)在銅點(diǎn)(1084.62℃),工業(yè)偶系統(tǒng)可在最高溫度點(diǎn),工業(yè)阻系統(tǒng)在100℃點(diǎn)附近進(jìn)行。其方法是:a)將系統(tǒng)控制到被測溫度點(diǎn);b)按系統(tǒng)正常運(yùn)行連續(xù)測量三次,每次測完后,工作偶系統(tǒng)降溫50℃左右,工業(yè)阻系統(tǒng)降溫5℃左右后重新升溫,待恒溫后記錄數(shù)據(jù);c)三次測量結(jié)果間的最大差值為系統(tǒng)重復(fù)性,其結(jié)果應(yīng)符合表1的規(guī)定。7.2.7恒溫性能的測試恒溫性能的測試包括專用軟件的控溫功能測試,可與系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證同時(shí)進(jìn)行。測試點(diǎn):工作偶系統(tǒng)在銅點(diǎn)(1084.62℃),工業(yè)阻系統(tǒng)在100℃點(diǎn)附近進(jìn)行。其方法是:a)將系統(tǒng)預(yù)設(shè)到被測溫度點(diǎn);b)調(diào)出檢定系統(tǒng)專用軟件,設(shè)置控制參數(shù),恒溫裝置逐漸升溫并趨于穩(wěn)定;c)記錄檢定系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前6min的恒溫性能與測量時(shí)的溫度變化率,其結(jié)果應(yīng)符合表1的規(guī)定。7.2.8專用軟件的功能檢查a)專用軟件的測量數(shù)據(jù)記錄、保存,檢定記錄與檢定結(jié)果的顯示、打印和查詢功能可采用在數(shù)據(jù)采集通道輸入模擬信號的模擬法進(jìn)行。其記錄打印格式應(yīng)符合相關(guān)規(guī)程JJF1098—20036要求,原始測量數(shù)據(jù)可以顯示記錄打印,但不能進(jìn)行人工修改。b)測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗(yàn)證按7.2.4模擬信號方式進(jìn)行,或與7.2.5校準(zhǔn)結(jié)果不確定度驗(yàn)證同時(shí)進(jìn)行。檢查點(diǎn)分別是標(biāo)準(zhǔn)或工作用貴金屬熱電偶系統(tǒng)在鋅(419.527℃)、鋁(660.323℃)、銅(1084.62℃)點(diǎn);工作用廉金屬熱電偶系統(tǒng)可在整百度點(diǎn)附近,工業(yè)阻系統(tǒng)在0℃點(diǎn)、100℃點(diǎn)附近進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果應(yīng)符合相關(guān)工計(jì)算結(jié)果比較,其差值應(yīng)符合表1的規(guī)定。8校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)的系統(tǒng)發(fā)給校準(zhǔn)證書(見附錄C)。9復(fù)校時(shí)間間隔系統(tǒng)的復(fù)校時(shí)間間隔可根據(jù)實(shí)際使用情況自行決定。建議復(fù)校時(shí)間間隔最長不超過1年。復(fù)校時(shí)應(yīng)附上次校準(zhǔn)證書。JJF1098—20037附錄A標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動測量系統(tǒng)測量結(jié)果不確定度評定實(shí)例A1數(shù)學(xué)模型根據(jù)規(guī)程,被檢偶在分度點(diǎn)的熱電勢值為E被(p)=E標(biāo)證(p)+Δe(t)式中E被(p)=E標(biāo)證(p)+Δe(t)式中:E被(p)—被檢偶在定義點(diǎn)(銅、鋁、鋅)上的熱電勢,mV;E標(biāo)證(p)—標(biāo)準(zhǔn)器在定義點(diǎn)上證書給出的熱電勢,mV;Δe(t)—爐溫為t時(shí)被檢偶與標(biāo)準(zhǔn)偶測得熱電勢平均值之差,mV。上式可寫為E被(p)=E標(biāo)證(p)+被(t)-標(biāo)(t)A2方差與靈敏度系數(shù)對式(A—2)全微分,得dE被(p)=dE標(biāo)準(zhǔn)(p)+d被(t)-d標(biāo)(t)上式各微小變量代之以誤差源的不確定度合成,則可得uc2=u標(biāo)證(p)+u被(t)+u標(biāo)(t)式(A—3)為本分析的方差公式。(A—1)(A—2)(A—3)如計(jì)算各不確定度分量均以微伏計(jì)入,則各項(xiàng)誤差源的系數(shù)均為1,即靈敏系數(shù)A3計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量(以銅點(diǎn)為例)c1=1,c2=1,c3A3計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量(以銅點(diǎn)為例)A3.1E標(biāo)證(p)項(xiàng)分量為固定點(diǎn)上標(biāo)準(zhǔn)器證書給出值的檢定結(jié)果不確定度。根據(jù)檢定系統(tǒng)表,一等S型偶在定義點(diǎn)上的擴(kuò)展不確定度為0.6℃,p=0.99,屬正態(tài)分布。即包含因子為2.58,故u1=2.5μVA3.確定度分量,自由度ν1=∞。a)爐溫為t時(shí)被檢測得熱電勢的不確定度來源被校偶熱電勢,由電測儀器測量時(shí)所帶入的不確定度分量。系統(tǒng)采用7位數(shù)字電壓表如K2010,HP34420等,在使用范圍100mV擋其測量誤差為37×10-6×讀數(shù)+9×10-6×量程該測量誤差服從均勻分布,即u2.1=0.74μVJJF1098—20038為B類分量,對此估計(jì)的相對不確定度為10%,故自由度ν2.1=50。b)爐溫波動的影響根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對爐溫的控制即恒溫特性指標(biāo)為0.1℃/min,保持6min以上。而自動檢定時(shí)系統(tǒng)采數(shù)迅速,一般4min內(nèi)完全可以測畢。以爐溫單向變化為極端情況,采集完兩循環(huán)每支偶4個數(shù)后爐溫變化0.4℃,則標(biāo)準(zhǔn)與最末支被檢可能有0.2℃的影響(即0.2℃為半?yún)^(qū)間),并按反正弦規(guī)律估計(jì),則u2.2=1.56μV對該估計(jì)的相對不確定度為50%,即自由度ν2.2=2,屬B類分量。c)參考端溫度帶入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量測量時(shí)采用0℃參考端,各偶實(shí)際參考端的溫度偏差按極端估計(jì)會有0.2℃的對0℃偏離。半?yún)^(qū)間則0.1℃即有1μV的差,按均勻分布處理,有u2.3=0.58μV估計(jì)的相對不確定度為50%,故自由度ν2.3=2,屬B類分量。d)轉(zhuǎn)換開關(guān)觸點(diǎn)寄生熱電勢帶入被測數(shù)據(jù)的分量每個觸點(diǎn)熱電勢不大于0.4μV,以半?yún)^(qū)間計(jì)入,均勻分布,故u2.4=0.115μV估計(jì)的相對不確定度為30%,即自由度ν2.4=5,屬B類分量。e)檢定時(shí)應(yīng)做2次重新捆扎復(fù)檢,其差不大于4μV。取平均作檢定結(jié)果(反映爐溫場影響),半?yún)^(qū)間,均勻分布,則有u2.5=1.15μVA3.項(xiàng)分量包括有:a)電測儀表在測量標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)由于其熱電勢值與被校S偶為同一量級,根據(jù)對電測儀表測量結(jié)果不確定度的分析,在短時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度沒有明顯大變化時(shí),本文A3.2a)所述的前項(xiàng)可視為得以抵消,只剩后項(xiàng)(9×106×量程),作為與被校的數(shù)值不同時(shí)非線性在起作用。其分布、自由度皆與A3.2a)項(xiàng)相同,即:=0.5μVu3.1=0.5μVν3.1=ν2.1=50,屬B類分量。b)爐溫溫場不均勻引起的不確定度,已在被校中分析計(jì)入ν3.1=ν2.1=50,屬B類分量。u3.3=u2.3=0.58μV3的影響也與被檢的情況相同,u3.3=u2.3=0.58μVJJF1098—20039u3.4=u2.4=0.115μVν3.4=νu3.4=u2.4=0.115μVν3.4=ν2.4=5,屬B類分量。系統(tǒng)校準(zhǔn)重復(fù)性只對標(biāo)準(zhǔn)通道及一個被檢通道得出代表數(shù)據(jù)(不大于1.5μV)。本規(guī)范還規(guī)定一模擬值供并聯(lián)的各通道采集數(shù)據(jù),對通道間偏差做出檢驗(yàn)(不大于1μV)。因此重復(fù)性指標(biāo)應(yīng)將通道間偏差指標(biāo)也計(jì)入內(nèi)(同向疊加),這是考慮到各通道的重復(fù)性都應(yīng)包含在測得結(jié)果中,以極差法計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差,即u3.5=s單=15=1.5μVA4,一-1)表A-1標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表序號來源類別靈敏度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度/μV分布自由度1u1標(biāo)準(zhǔn)器不確定度B12.5正態(tài)∞23456u2.1u2.2u2.3u2.4u2.5被校電測儀表溫度波動變化參考端影響被檢轉(zhuǎn)換開關(guān)影響二次捆扎差BBBBB10.741.560.580.1151.15均勻反正弦均勻均勻均勻50225∞78910u3.1u3.3u3.4u3.5=s單標(biāo)準(zhǔn)器電測儀表參考端影響轉(zhuǎn)換開關(guān)影響系統(tǒng)重復(fù)性BBBA-10.50.580.1151.5均勻均勻均勻t50251.8A5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc2=2.52×0.742×1.562×0.582×0.1152×1.152×0.52×0.582×0.1152×1.52=13.753uc=3.7μVA6有效自由度根據(jù)韋爾奇—薩特思韋公式,即νeff==i=2νi 0.744 0.744/50+1.564/2+0.584/2+0.1154/5+0.54/50+0.584/2+0.1154/5+1.54/1.8JJF1098—200310A7本系統(tǒng)對二等S型偶的檢定結(jié)果擴(kuò)展不確定度根據(jù)計(jì)算而得的有效自由度,νeff=30,在取置信概率為p=0.95時(shí),查t分布包含因子,可得t0.95(30)=2.04,在銅點(diǎn)U95=2.04×3.7=7.5μV。銅點(diǎn)熱電勢變化率為11μV/℃,即U95=0.68℃,νeff=30A8根據(jù)檢定系統(tǒng)表,二等標(biāo)準(zhǔn)S型熱電偶的不確定度為1℃,按本規(guī)范校準(zhǔn)符合要求的系統(tǒng)使用時(shí)測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度滿足要求,故可用作二等標(biāo)準(zhǔn)S型熱電偶的檢定。A9對于工業(yè)偶自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定可參照本實(shí)例進(jìn)行。11=0.003℃附錄B=0.003℃工業(yè)熱電阻自動測量系統(tǒng)測量結(jié)果不確定度評定實(shí)例用于檢定工業(yè)熱電阻的自動測量系統(tǒng),根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程(JJG229—1998)對不確定度分析時(shí)可以在0℃點(diǎn)、100℃點(diǎn),現(xiàn)以A級鉑熱電阻的測量為例。B1冰點(diǎn)(0℃)B1.1數(shù)學(xué)模型,方差與傳播系數(shù)根據(jù)規(guī)程,被檢的R(0℃)值計(jì)算公式為R(0℃)=Ri-t=0ti=Ri-t=0=Ri-0.00391R*(0℃)×0R*()=Ri-0.391×=Ri-3.91[Ri*-R*(0℃)](B—1)式中:R(0℃)———被檢熱電阻在0℃的電阻值,Ω;Ri—被檢熱電阻在0℃附近的測得值,Ω;R*(0℃)—標(biāo)準(zhǔn)器在0℃的電阻值,通常從實(shí)測的水三相點(diǎn)值計(jì)得,Ω;R—標(biāo)準(zhǔn)器在0℃附近測得值,Ω。上式兩邊除以被檢熱電阻在0℃的變化率并做全微分變?yōu)閐tR0=d(Ri/0.391)+d=dtRi+dtR+dtRi*將微小變量用不確定度來代替,合成后可得方差(B—2)uR0=uRi+uR+u(B—2)此時(shí)靈敏系數(shù)c1=1,c2=1,c3=-1。B1.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析計(jì)算B1.2.1ut項(xiàng)分量Ri該項(xiàng)分量是被檢熱電阻在0℃點(diǎn)溫度ti上測量值的不確定度。包括有:a)冰點(diǎn)器溫場均勻性,不應(yīng)大于0.01℃,則半?yún)^(qū)間為0.005℃。均勻分布,故u1.1=0.0053其估計(jì)的相對不確定度為20%,即自由度ν1.1=12,屬B類分量。b)由電測儀表測量被檢熱電阻所帶入的分量。本系統(tǒng)配用電測儀表多為6位數(shù)字表(如K2000,HP34401等),在對100Ω左右測JJF1098—200312量時(shí)仍用100Ω擋,此時(shí)數(shù)字表準(zhǔn)確度為100×106×讀數(shù)+40×106×量程對工業(yè)鉑熱電阻Pt100來說,電測儀表帶入的誤差限(半寬)為δ被=±(100×100×10-6+100×40×10-6)=±0.014Ω化為溫度:04=±0.036℃該誤差分布服從均勻分布,即u1.2=0.021℃估計(jì)的相對不確定度為10%,即ν1.1=50,屬B類分量。c)對被檢做多次檢定時(shí)的重復(fù)性本規(guī)范規(guī)定在校準(zhǔn)自動測量系統(tǒng)時(shí)以一穩(wěn)定的A級被檢鉑電阻作試樣檢3次,用極差法考核其重復(fù)性,經(jīng)實(shí)驗(yàn)最大差為4mΩ以內(nèi)。通道間偏差以阻值計(jì)時(shí)應(yīng)不大于2mΩ,故連同通道間差異同向疊計(jì)在內(nèi)時(shí),重復(fù)性為6mΩ,約0.015℃,則u1.3=0.009℃ν1.3=1.8,屬A類分量。d)被檢熱電阻自熱效應(yīng)的影響以半?yún)^(qū)間估計(jì)為2mΩ計(jì)約5mK。這種影響普遍存在,可視為兩點(diǎn)分布。故u1.4=5mK估計(jì)的相對不確定度為30%,即ν1.4=5,屬B類分量。B1.2.2ut*項(xiàng)分量R0標(biāo)準(zhǔn)器以實(shí)測的R值進(jìn)行計(jì)算,故該誤差分量以二等鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程中規(guī)定在檢定過程中Rtp的允許變化不超過5mK來計(jì)入。半?yún)^(qū)間為2.5mK,呈正態(tài)分布,即u2=0.97mK自由度ν2=∞,屬B類分量。B1.2.3ut*項(xiàng)分量Ri該分量是使用標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)測量過程中引入的,包括:a)電測儀表測量標(biāo)準(zhǔn)器Ri時(shí)引入的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與被檢熱電阻用同一電測儀表,使用的是100Ω擋,此時(shí)數(shù)字表的準(zhǔn)確度為100×106×讀數(shù)+40×106×量程而標(biāo)準(zhǔn)器為了排除不同電測帶入的系統(tǒng)誤差和標(biāo)準(zhǔn)器因應(yīng)力等引起Rtp值的變化,要求用同一電測測量其Rtp值和Rt值,以比值Wt=Rt/Rtp來計(jì)算實(shí)際溫度,此時(shí)如以電測儀JJF1098—200313器的準(zhǔn)確度分別計(jì)算對Rt、Rtp項(xiàng)的貢獻(xiàn)是不對的,這兩項(xiàng)值相關(guān)。推導(dǎo)如下:Wt=Rt/Rtp全微分,得dWtdRt-dRtp(B—3)對微小變量dRt、dRtp的計(jì)算,可以電測儀器的指標(biāo)及Rt、Rtp值計(jì)入,式(B—3)變?yōu)棣膖(Rt×100×10-6+100×40×10-6)-(Rtp×100×10-6+100×40×10-6)=Wt×100×10-6+×100×40×10-6-Wt×100×10-6-×100×40×10-6=(1-Wt)/Rtp×100×40×10-6(B—4)所以用比值W計(jì)算時(shí),電測儀器對標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻測值引入的極差(以標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的典型值計(jì),也可套用某支具體標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)值)為δW(0℃)=(1-0.9999601)/25×100×40×10-6=6.38×10-9換算成溫度δt=1.6×10-6℃。此值為半?yún)^(qū)間,服從均勻分布,即u3.1=1.6×10-6℃3=0.001mK估計(jì)的相對不確定度為10%,即ν3.1=50,屬B類分量。b)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的自熱影響按二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程,它的自熱允許值不應(yīng)大于4mK。按均勻分布,以半?yún)^(qū)間計(jì)入,即42×3u3.242×3=1.2mK對此估計(jì)的相對不確定度為20%,即ν3.2=12,屬B類分量。c)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)計(jì)算溫度的計(jì)算誤差根據(jù)ITS—1990,其內(nèi)插公式的非惟一性為1mK,可按兩點(diǎn)分布對待且可靠程度很高,故u3.3=1/2×1=0.5mKν3.3=∞,屬B類分量。B1.3冰點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表14表B-1冰點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表序號來源類別靈敏系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度/mK分布自由度1234u1.1u1.2u1.3=s單u1.4溫場均勻性電測測被檢引入檢定重復(fù)性被檢自熱影響B(tài)BAB132195均勻均勻t兩點(diǎn)12501.855u2標(biāo)準(zhǔn)器不確定度B10.97正態(tài)∞678u3.1u3.2u3.3電測測標(biāo)準(zhǔn)引入標(biāo)準(zhǔn)器自熱公式計(jì)算BBB-10.0011.20.5均勻均勻兩點(diǎn)5012∞B1.4冰點(diǎn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度,有效自由度與包含因子u冰=32+212+92+52+0.972+0.0012+1.22+0.52=558.6uc冰=23.6mKνeff12501.855012=40.46取νeff=40,t0.95(40)=2.02B1.5冰點(diǎn)的檢得結(jié)果擴(kuò)展不確定度U95=2.02×23.6=47.7mK,取0.05℃B2100℃點(diǎn)B2.1數(shù)學(xué)模型、方差與靈敏系數(shù)根據(jù)規(guī)程,被檢工業(yè)鉑電阻R100的計(jì)算公式為R(100℃)=Rb-0.379×=Rb-0.379×(B—5)式中:R(100℃)—被檢熱電阻在100℃點(diǎn)的測得值,Ω;Rb—被檢熱電阻在100℃點(diǎn)附近的測得值,Ω;R—標(biāo)準(zhǔn)器的測得值,Ω;W0—標(biāo)準(zhǔn)器證書上的W100比值;R—檢定時(shí)用系統(tǒng)所配電測儀器實(shí)測得標(biāo)準(zhǔn)器的水三相點(diǎn)值,Ω。實(shí)際上,標(biāo)準(zhǔn)器全為用比值計(jì)算溫度,分度表也只有比值的變化率(dW/dt)*,式JJF1098—200315=0.006℃(B—5)還需變形,因?yàn)?dR/dt)*=(dW/dt)*R,所以=0.006℃R(100)=Rb-0.379×-=Rb-0.379×0.00×R-0.R=Rb-0.379×0.-0087=Rb-97.93W+97.93W0(B—6)式中:W—標(biāo)準(zhǔn)器在tb點(diǎn)測得的阻值R與同一電測實(shí)測得的水三相點(diǎn)值與R之比;其余同式(B—5)。式(B—6)為本分析的數(shù)學(xué)模型。對式(B—6)進(jìn)行全微分得dR100=dRb-97.93dW+97.93dW0將變量以分量不確定度代之并合成可得方差計(jì)算公式,即(B—7)u(100℃)=ub+(-97.93uW)2+(97.93uW0(B—7)B2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析計(jì)算B2.2.1Rb項(xiàng)可見靈敏系數(shù)c1=1,c2B2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析計(jì)算B2.2.1Rb項(xiàng)本項(xiàng)為檢定時(shí)該系統(tǒng)測量被檢熱電阻所引入的不確定度來源。它包括有:a)溫場均勻性影響恒溫水槽水平均勻性為0.01℃。以標(biāo)準(zhǔn)器所在孔位為基點(diǎn),以半?yún)^(qū)間等概率分布計(jì)入,則有0.012×3u1.10.012×3=0.003℃相對不確定度為20%,即有ν1.1=12,屬B類分量。b)溫場的變化波動影響本規(guī)范規(guī)定了熱電阻自校系統(tǒng)的恒溫特性為0.04℃/10min,以測量時(shí)間為5min變化計(jì)為0.02℃,以標(biāo)準(zhǔn)器值為基點(diǎn)在被檢項(xiàng)上有半?yún)^(qū)間、均勻分布的不確定,即u1.2=0.013相對不確定度20%,ν1.2=12,屬B類分量。c)電測儀器測被檢電阻所帶入的分量在100℃附近被檢工業(yè)鉑熱電阻Pt100的阻值約為138.51Ω左右。電測儀表用1kΩ擋帶入的極限誤差為δb=±(138.51×100×10-6+1000×10×10-6)=±0.02385Ω即約±0.02385/0.379=±0.063℃呈均勻分布,以半?yún)^(qū)間計(jì)入為JJF1098—200316=0.036℃=0.036℃u1.3=0.0633相對不確定度20%,即ν1.2=50,屬B類分量。d)測量的重復(fù)性(單一通道),而各通道間偏差允許不大于2mΩ,按同向疊加即使用任一通道的重復(fù)性為14mΩ即0.037℃。根據(jù)JJF1059—1999,使用三次間極差法計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)極差系數(shù)為1.64,自由度為1.8,服從t分布,即u1.4=s單=0.022℃ν1.4=1.8,屬A類分量。e)被檢鉑熱電阻的自熱影響在沸點(diǎn)由于溫度較高,根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察,外部熱效應(yīng)影響較少,但被檢的阻值較大,內(nèi)部熱效應(yīng)有一定程度的增大,故仍可按0℃點(diǎn)的估算。u1.5=5mK,ν1.5=5,兩點(diǎn)分布,屬B類分量。B2.2.2W項(xiàng)該項(xiàng)是檢定時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)器在檢定點(diǎn)tb上的測量所包含的各不確定度來源。它包括有:a)電測儀器測標(biāo)準(zhǔn)器值時(shí)帶進(jìn)的。對標(biāo)準(zhǔn)器測量仍為100Ω擋,由此分析式(B—4),得δt=±此處即δt=±以半?yún)^(qū)間計(jì)入,均勻分布處理,即×4×10以半?yún)^(qū)間計(jì)入,均勻分布處理,即u2.1=6.28×10-53=3.627×10-5b)標(biāo)準(zhǔn)器Rtp變化所帶入的相對不確定10%,ν2.1=50,屬B類分量b)標(biāo)準(zhǔn)器Rtp變化所帶入的標(biāo)準(zhǔn)器在熱過程中Rtp值會發(fā)生變化。檢定工業(yè)鉑熱電阻過程并不要求每次測量完后即檢水三相點(diǎn)值。所以該變化的影響將直接帶入計(jì)算結(jié)果中。該變化量以合格的標(biāo)準(zhǔn)器在檢定過程中Rtp的允許變化量5mK計(jì),換算成W值即1.995×105以半?yún)^(qū)間計(jì)入并認(rèn)為屬均勻分布,則u2.2=1.995×10-52×3=5.7576×10-6JJF1098—200317估計(jì)的相對不確定度為20%,即ν2.2=12,屬B類分量。c)標(biāo)準(zhǔn)器的自熱影響在tb點(diǎn)外部溫度較高,且直接插于強(qiáng)迫對流的介質(zhì)中時(shí)可忽略不計(jì)。d)標(biāo)準(zhǔn)器的計(jì)算公式不確定度同0℃的,但按100℃附近的dW/dt換算成比值,即B2.2u×10-3×0.5×10-3=1.934×10-6,ν2.3=∞,兩點(diǎn)分布,屬B類分量。該項(xiàng)分量為標(biāo)準(zhǔn)器在100℃的檢得結(jié)果不確定度。根據(jù)我國中溫量傳系統(tǒng)頒布數(shù)據(jù),二等標(biāo)準(zhǔn)器W100的擴(kuò)展不確定度為6mK(p=0.99),正態(tài)分布,換算成比值W100時(shí),即2.321×105,得u3=8.995×10-6,ν3=∞,屬B類分量。B2.3100℃點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表表B-2100℃點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表序號來源類別靈敏系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度/℃分布自由度12345u1.1u1.2u1.3u1.4=s單u1.5溫場均勻性電測變化波動電測測被檢重復(fù)性被檢自熱影響B(tài)BBAB10.0030.0060.0360.0220.005均勻均勻均勻t兩點(diǎn)1212501.85678u2.1u2.2u2.3電測測標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器Rtp變化溫標(biāo)內(nèi)插公式BBB-97.933.627×1055.758×1061.934×106均勻均勻兩點(diǎn)5012∞9u3標(biāo)準(zhǔn)器不確定度B97.938.995×106正態(tài)∞B2.4合成不確定度,有效自由度與包含因子)(].627×10-5)2=1.909×10-3uc(100℃)=0.044℃-5)4+(97.93×5.758×10-