工作用铂铑-10-铂热电偶检定结果的不确定度评定

工作用铂铑10-铂热电偶检定结果的不确定度评定1概述1.1测量依据：JJG141-2013《工作用贵金属热电偶检定规程》。1.2计量标准：计量标准器为一等标准铂铑10-铂热电偶，温度范围（419.527～1084.62）℃2检定对象工作用铂铑10-铂热电偶，检定点及最大允许误差见表D.1表D.1检定点及最大允许误差单位为摄氏度检定点I级Ⅱ级419.527（锌点）±1.0±1.5660.323（铝点）±1.0±1.51084.62（铜点）±1.0±1.5铂铑10-铂热电偶各检定点的微分热电势为：锌）(S=9.64𝜇V/℃，铜）(S=11.80𝜇V/℃，铝）(S=10.40𝜇V/℃3测量标准及设备3.1标准器标准器为一等标准铂铑10-铂热电偶，主要技术指标如表D.2。表D.2计量标准器技术指标标准名称测量范围技术指标一等标准铂铑10-铂热电偶（419.527～1084.62）℃U=（0.4～0.6）℃，k=2.853.2电测设备数字多用表，测量范围（0～100）mV，分辨力0.1𝜇V，MPE：±（0.005%读数+0.002%量程）。4测量方法将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准热电偶）和工作用铂铑10-铂热电偶（以下简称被检热电偶）捆扎后放入管式热电偶检定炉，用双极比较法在锌点(419.527℃)、铝点（660.323℃）、铜点（1084.62℃）三个固定点进行检定/校准。Ⅰ级工作用铂铑10-铂热电偶测量次数不少于4次，Ⅱ级工作用铂铑10-铂热电偶测量次数不少于2次。其顺序为标准被检1被检1被检n，然后按相反的顺序回到标准，分别计算算术平均值，得到标准和被检热电偶的示值。5测量模型tE=证E+(被E－标E)式中：tE——被检热电偶在各检定点上的热电动势(mV)。被E——被检热电偶测得的热电动势算术平均值(mV)。证E——标准热电偶证书上给出的热电动势值(mV)。标E——检定时标准热电偶测得的热电动势算术平均值(mV)。被E和标E是用一台数字多用表同一条件下测得，故两组测量数据具有相关性，根据不确定度传播率得到：)(2yuc=)()(),(2)()()(32223222221标被标被标被证EucEucEEEucEucEuc灵敏系数：1c=被EEt=12c=证EEt=13c=标EEt=－1相关系数：),(标被EE=（-1～1）6标准不确定度评定主要不确定度来源：测量重复性、标准器、电测设备、分度重现性、多路开关、参考端、炉温变化等影响量。6.1测量重复性引入的不确定度分量au，用A类方法进行评定。因在三个温度点检定时，测量重复性情况大致相同，故对其在任一检定点进行重复性分析，可代表其在其他温度点重复性情况，现以1084.62℃点测量为例分析。用一等标准热电偶作为标准检定I级热电偶。测得工作偶的五组每组10个重复性试验数据，合并样本标准偏差1ps为：1ps=112nxxnii=0.46𝜇V实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，所以1au=1ps√4=0.23𝜇V得标准偶的五组每组10个重复性试验数据，合并样本标准偏差2ps为：1ps=112nxxnii=0.45𝜇V实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，所以2au=1ps√4=0.22𝜇V。电测设备的测量分辨力为0.1V，由其引入的不确定度分量bu=0.1𝜇V/2√3=0.029𝜇V，bu与1au、2au相比很小，只考虑重复性引入的不确定度分量，au为：au=2221aauu=0.32𝜇V6.2标准热电偶引入的不确定度1u，用B类方法进行评定。一等标准铂铑10-铂热电偶在（419.527～1084.62）℃范围的扩展不确定度为：U=（0.4～0.6）℃k=2.85，因此其对应的标准不确定度为u1=（0.14～0.21）℃，经计算锌）(1u=0.14℃/锌）(S=1.35𝜇V、铝）(1u=0.166℃/铝）(S=1.73𝜇V、铜）(1u=0.21℃/铜）(S=2.47𝜇V。6.3电测设备对被检偶引入的标准不确定度2u,用B类方法进行评定。测量仪器数字多用表，量程范围（0～100）mV，其年允许基本误差为±（0.005%读数+0.002%量程），区间半宽度a为（0.005%读数+0.002%量程），按均匀分布处理，k=3,u2(t)=a/3,测量值近似取检定温度点的分度值，铂铑10-铂热电偶在三个检定点分度表上的热电势分别为：3.447mV，5.860mV，10.575mV，经计算得：锌）(2u=1.26𝜇V、铝）(2u=1.33𝜇V、铜）(2u=1.46𝜇V。6.4电测设备对标准偶引入的标准不确定度3u,用B类方法进行评定。标准热电偶与被检偶同分度号，用同一数字多用表测量，评估算法同6.3，经计算得：锌）(3u=1.26𝜇V、铝）(3u=1.33𝜇V、铜）(3u=1.46𝜇V。6.5分度复现性引入的标准不确定度4u,用B类方法进行评定。检定时因两次捆扎装炉和炉子温场的变化给测量结果带来影响，这些影响主要表现在两次分度测量的差值上。由规程7.3.6.4可知，两次分度测得的数值允差分别为3𝜇V和5𝜇V，即测量值的变化区间为3𝜇V和5𝜇V，则区间半宽度a为1.5𝜇V和2.5𝜇V，按均匀分布处理，k=3，得锌）(4u=1.5𝜇V/3=0.87𝜇V铝）(4u=1.5𝜇V/3=0.87𝜇V、铜）(4u=2.5𝜇V/3=1.45𝜇V6.6测量回路寄生电势引入的标准不确定度5u,用B类方法进行评定。转换开关各路之间最大寄生电动势之差小于0.4𝜇V.标准热电偶与被检热电偶测量回路因寄生电动势差变化带来的影响小于0.4𝜇V,取区间半宽度a为0.4𝜇V，按均匀分布处理，k=3,得5u=a/3=0.23𝜇V。6.7热电偶参考端温差引入的标准不确定度6u，用B类方法进行评定。由经验和试验可知：热电偶参考端在同一冰点恒温温器内，各路之间的最大温差不大于0.05℃，取区间半宽度a为0.05℃，铂铑10-铂热电偶在冰点的微分热电势为5.40𝜇V/℃：温差换算为电势值为0.27𝜇V，按均匀分布处理，k=3,得：6u=0.27𝜇V/3≈0.16𝜇V。6.8炉温变化引入的标准不确定度7u，用B类方法进行评定。本规程第7.3.6.2双极比较法规定，检定热电偶时炉温变化应小于0.1℃/min，设每次测量标准与被检偶时的炉温变化差不超过0.1℃，区间半宽度a,0.05℃，按均匀分布处理，k=3，得7u=0.05℃/3=0.029℃，得锌）(7u=0.029℃/锌）(S=0.28𝜇V、铝）(7u=0.029℃/铝）(S=0.30𝜇V、铜）(7u=0.029℃/铜）(S=0.34𝜇V。7合成标准不确定度cu标准不确定度分量au、1u、4u、5u、6u、7u彼此独立不相关，且灵敏系数为1。引入2u、3u两不确定度分量的两个输入量被E和标E强相关，被E变化∆被E会使E标等量变化∆标E，则两者的相关系数估计为：γ(被E，标E)=2uX∆标E3uX∆被E≈1因为2u、3u两不确定度分量大小相等，且正强相关，相关系数为1，两个分量的灵敏系数都为1，但符号相反，因此由2u、3u及协方差引入的不确定度相互抵消。合成标准不确定度变为：cu=niiu12=27272626252524242232212122ucucucucucucucaa影响各温度点检定结果的不确定度分量及评估值列于表D.3表D.3标准不确定度汇总不确定度分量iu不确定度来源标准不确定度𝜇V相关系数灵敏系数标准不确定度ciiu/𝜇Vau测量重复性0.32010.321u标准热电偶1.351.732.48011.351.732.482u电测仪器1.261.331.4611111.261.331.463u电测仪器1.261.331.46-1-1-1-1.26-1.33-1.464u分度复现性0.870.871.45010.870.871.455u寄生电势0.23010.236u参考端温差0.16010.167u炉温变化0.280.300.34010.280.300.34锌点的合成标准不确定度为:锌）(cu=2222220.280.160.230.871.350.32μV≈1.68μV(0.174℃)铝点的合成标准不确定度为:铝）(cu=2222220.300.160.230.871.730.32μV≈2.01μV(0.193℃)铜点的合成标准不确定度为:铜）(cu=2222220.340.160.231.452.480.32μV≈2.92μV(0.247℃)8扩展不确定度:按包含概率p=0.95，取包含因子k=2，扩展不确定度U=kcu，得:锌点:U=2x0.174℃≈0.35℃，k=2;铝点:U=2x0.193℃≈0.39℃，k=2;铜点:U=2x0.247℃≈=0.49℃，k=2。9测量不确定度评定结果的说明从上述测量不确定度评定条件和结果可以看出，检定结果的扩展不确定度(k=2)在检定Ⅱ级铂铑10-铂热电偶时小于被检热电偶最大允许误差的1/4，这说明规程选用的设备指标和检定方法是合理的。在检定I级铂铑10-铂热电偶时检定结果的扩展不确定度(k=2)在不同的点分别是被检热电偶最大允许误差(1/3～1/2)，这主要是由热电偶的基本特点和量值传递关系所决定的，因此这个比值范围对于I级铂锗10-铂热电偶的检定也是合理的。