工業(yè)熱電阻示值誤差測(cè)量值得不確定度評(píng)定探析

陳超

摘 要：熱電阻的示值測(cè)量對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有很大的影響，而且會(huì)造成其不確定度的影響，而且不確定度的值直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量、使用價(jià)值。不確定度的評(píng)定有各個(gè)方面，而且不確定度還會(huì)受到多種因素的影響。本文根據(jù)相關(guān)不確定度的評(píng)定技術(shù)規(guī)范以及工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程，對(duì)工業(yè)上熱電阻示值誤差測(cè)量值得不確定度評(píng)定。

關(guān)鍵詞：工業(yè);熱電阻;示值誤差測(cè)量值;不確定度;評(píng)定

一、引言

熱電阻在工業(yè)上使用最廣泛的測(cè)溫元件，最主要的方法是采用接觸的方法測(cè)量溫度。這種元件雖然在工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛，但是他們?cè)诠I(yè)上測(cè)量溫度的過程中會(huì)存在一定的誤差，會(huì)使所測(cè)溫度與實(shí)際生產(chǎn)所需要的溫度有一定的偏差，在兩個(gè)元件傳遞示數(shù)時(shí)出現(xiàn)誤差、與分度表偏離產(chǎn)生誤差以及儀表產(chǎn)生的誤差等。工業(yè)上對(duì)熱電阻測(cè)量值得不確定度的評(píng)定一般依據(jù)《工業(yè)鉑、銅電阻檢定規(guī)程》，對(duì)于不確定度評(píng)定一般采用比較法進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量過程中，對(duì)測(cè)量的環(huán)境溫度也要相當(dāng)高的要求，一般環(huán)境溫度在20℃左右，相對(duì)濕度要小于85%。在測(cè)量過程中使用的儀器設(shè)備一般有：標(biāo)準(zhǔn)的鉑電阻溫度計(jì)、酒精低溫槽、油恒溫槽、數(shù)字多用表。當(dāng)然在使用這些儀器設(shè)備要按照其相關(guān)技術(shù)要求，不能超過其示數(shù)值范圍以免損壞儀表。

二、不確定度來源分析

2.1數(shù)學(xué)建模

一般用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)，有兩種模型，一個(gè)是0℃的檢測(cè)模型另一個(gè)是100℃時(shí)的檢測(cè)模型，這兩個(gè)數(shù)學(xué)檢測(cè)模型在形式上相差無幾。在0℃的數(shù)學(xué)模型檢測(cè)中，其中的△ti為被檢測(cè)鉑電阻在冰槽中測(cè)得的偏離0℃的差，△ti*為標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在冰點(diǎn)槽中偏離0℃的差。類比一下在一百攝氏度恒溫槽中，所測(cè)得的△t是北測(cè)鉑電阻100℃恒溫曹中測(cè)得的偏離100℃的差，以及鉑電子溫度計(jì)在100℃恒溫槽中測(cè)得的偏離100℃的差。

2.2不確定度傳播率

不確定度的傳播率一般有兩個(gè)公式，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型公式，可推算出其相關(guān)傳播率，以及利用其給定的靈敏度系數(shù)，一般其靈敏度的系數(shù)為1或者-1。套用這些公式以及相關(guān)數(shù)據(jù)，就可以測(cè)定出不確定度傳播率，對(duì)不確定度進(jìn)行一個(gè)合理評(píng)定。

2.3測(cè)量不確定度的來源

在工業(yè)上熱電阻校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定有兩個(gè)方面，分別是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)引入的不確定度和測(cè)量被測(cè)工業(yè)鉑電阻時(shí)引入的不確定度，下面簡單介紹下這兩個(gè)不確定度的來源。

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)一般會(huì)有自然效應(yīng)的產(chǎn)生，隨著自熱效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)引入相關(guān)的不確定度，不確定的引入主要有鉑電阻溫度計(jì)的不穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻，以及在測(cè)量時(shí)應(yīng)用數(shù)字多用電表其內(nèi)阻產(chǎn)生的不確定，這些都是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)引入的不確定度。

2.1.2測(cè)量被測(cè)工業(yè)鉑電阻時(shí)引入的不確定度

測(cè)量工業(yè)鉑電阻時(shí)引入不確定度，其中也包括數(shù)字多用電表的準(zhǔn)確度也會(huì)引入不確定度，在測(cè)量鉑電阻時(shí)恒溫槽的溫場(chǎng)也會(huì)有不確定產(chǎn)生，其中溫場(chǎng)主要有兩個(gè)方向垂直和水平方向的，這兩個(gè)方向的溫場(chǎng)都會(huì)引入不確定的產(chǎn)生，除此以外，還有對(duì)被測(cè)鉑電阻進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)引入的不確定度。

三、標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻自熱效應(yīng)引入的不確定度

一般來說對(duì)于這種類型的電阻產(chǎn)生的自熱效應(yīng)引入不確定度，根據(jù)相關(guān)規(guī)程采用B類的方法進(jìn)行評(píng)定。在規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的自熱效應(yīng)，其最可靠的規(guī)程是4.0mK，擴(kuò)展到其不確定度的算法中，其不確定度按照一定的分布進(jìn)行計(jì)算后得出不確定度為：0.00231℃。

采用B類方法評(píng)定的第二種是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻穩(wěn)定性引入的不確定度，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定這種類型的規(guī)程為14mK，然后按照均勻分布進(jìn)行計(jì)算可得其不確定度為：0.00808℃。

采用B類方法評(píng)定的第三種是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)自身電阻引入的不確定度，它的規(guī)程是10mK，按照均勻分布，計(jì)算可得出其不確定度為：0.00577℃。

采用B類方法評(píng)定的最后一種是數(shù)字多用電表準(zhǔn)確度引入的不確定度。其中外電阻是用數(shù)字多用電表測(cè)量出的，而其中內(nèi)電阻直接應(yīng)用檢定書上的阻值，然后兩個(gè)數(shù)值的比值就是對(duì)不確定的評(píng)估值，這兩這個(gè)種電阻的阻值其相關(guān)性很小的原因就是用不同設(shè)備檢測(cè)的，所以其誤差測(cè)量并不影響。因而不確定度的評(píng)估值可以用方差合成的方法得到。

3.2測(cè)量被測(cè)溫度計(jì)時(shí)引入的不確定度

在這方面引入的不確定度大多數(shù)也采用B類的方法進(jìn)行評(píng)定。一般在工業(yè)上，大多數(shù)用數(shù)字多用歐姆表測(cè)量被測(cè)工業(yè)鉑電阻，在檢測(cè)前特別要注意其量程的誤差，否則影響其不確定度的值。在對(duì)不確定度計(jì)算時(shí)，取誤差區(qū)間的中間值帶入進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)均勻分布計(jì)算得出不確定度為：0.0135℃。

恒溫槽垂直和水平的溫場(chǎng)引入的不確定度也是采用的B淚方法進(jìn)行的評(píng)定。垂直和水平溫場(chǎng)在溫度上相差僅僅0.01℃。根據(jù)均勻分布的計(jì)算規(guī)則得出兩種溫場(chǎng)引入的不確定度分別為：0.005774℃、0.002887℃。

被測(cè)鉑電阻穩(wěn)定度計(jì)重復(fù)測(cè)量引入的不確定和其他幾種大為不同，這種采用的是A類的方法進(jìn)行評(píng)定不確定度。主要步驟是根據(jù)測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差，再根據(jù)阻值折合成溫度的形式可得出其不確定度為：0.00718℃。

四、結(jié)束語

簡而言之，工業(yè)熱電阻示值誤差測(cè)量值得不確定度評(píng)定主要有標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻自熱效應(yīng)引入的不確定度以及測(cè)量被測(cè)溫度計(jì)時(shí)引入的不確定度，其相關(guān)評(píng)定方法大多數(shù)采用檢定規(guī)程中B類的方法進(jìn)行評(píng)定。這些不確定度的評(píng)定看起來簡單，但在工業(yè)上尤為重要，它會(huì)影響工業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量。

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（東華計(jì)量測(cè)試研究院? ?江西? 南昌? 330000）