标准热电偶技术报告20101028

计量标准技术报告

计 量 标 准 名 称 二等铂铑

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–铂热电偶标准装置

建立计量标准单位 仪征市计量管理所 计 量 标 准 负 责 人 盛昌祥 筹 建 起 止 日 期 2001年8月15日

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说 明

1.申请建立计量标准应填写《计量标准技术报告》。计量标准考核合格后申请单位存档。

2.《计量标准技术报告》由计量标准负责人填写。

3.《计量标准技术报告》用计算机打印或墨水笔填写，要求字迹工整清晰。

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目 录

一、建立计量标准的目的……………………………………………（ 4） 二、计量标准的工作原理及其组成…………………………………（ 4） 三、计量标准器及主要配套设备……………………………………（ 5） 四、计量标准的主要技术指标………………………………………（ 6） 五、环境条件…………………………………………………………（ 6） 六、计量标准的量值溯源和传递框图………………………………（ 7） 七、计量标准的重复性试验…………………………………………（ 8） 八、计量标准的稳定性考核…………………………………………（ 9） 九、检定结果的测量不确定度评定…………………………………（ 10） 十、检定结果的验证…………………………………………………（ 15） 十一、结论……………………………………………………………（ 16） 十二、附加说明………………………………………………………（ 16）

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一、建立计量标准的目的 根据我市经济发展需要，为适应企事业单位量值传递及检定工作要求，加强计量器具管理，拟建立该项计量标准。 二、计量标准的工作原理及其组成 采用双极比较法，将被检热电偶和标准热电偶同时放入检定炉的温场内（理想状况为同一点），用热电偶热电阻测试仪可分别测量被检和标准热电偶在各检定点的热电动势，由此计算出被检热电偶在所需测量温度点的热电动势。 本标准主要由二等铂铑10 –铂热电偶，电测设备，检定炉，等组成。 检定示意图为： 标准热电偶 检定炉 被检热电偶 电测设备 第 4 页 共 16 页

三、计量标准器及主要配套设备 名 称 型 号 测量范围 不确定度或 准确度等级 或最大允误差 二等 制造厂及 出厂编号 昆明泰和 1-068 检定 证书号 省计量院 2010-0021278 标准铂铑10 -铂热电偶 WRPB-II (300~1300)℃ 计 量 标 准 器 热电偶热电阻测试仪 无热电势转换开关 卧式检定炉 1×10-4Mv 2×10-4Ω 上海华易 20481 北京计量仪器厂 辽阳电子13 省计量院 20091281050 HY2003A BC65 （0~1300 ）℃ ＜0.5μV JL-I-D 主 要 配 套 设 备 第 5 页 共 16 页

四、计量标准的主要技术指标 幅度范围：( 300 ~ 1300 ) ℃ 扩展不确度等级: ±1.2 ℃ ( k=3 ) 五、环境条件 项 目 要 求 实际情况 结 论 温 度 (20±2)℃ 21℃ 合 格 湿 度 不大于80％ 70 % 合 格 第 6 页 共 16 页

六、计量标准的量值溯源和传递框图 二等铂铑10-铂热电偶标准装置量传图 江苏省计量院 一等铂铑10-铂热电偶标准装置 (419.527~1084.62) ℃ 0.6℃(k=2.85) 上 级 计 量 标 准 比较法 本 所 计 量 标 准 二等铂铑10-铂热电偶标准装置 (300~1300)℃ 二等 工 作 计 量 器 具 工作用廉金属热电偶 (0~1300)℃ Ⅱ级 比较法

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七、计量标准的重复性试验 选一稳定的II级工作用廉金属热电偶在1000℃ 时重复条件下，连续测量10次，所得结果见下表： n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 xi ( mV ) 41.321 mV 41.321 mV 41.322 mV 41.322 mV 41.322 mV 41.323 mV 41.323 mV 41.323 mV 41.324 mV 41.323 mV 41.3224 mV 0.79 uV x s 1n 注: 1. xxi ni1 2. s 结论： 1n(xix)2 n1i1 经考核，重复性s 小于不确定度评定中重复性测量时的s 本标准测量重复性符合要求。 第 8 页 共 16 页

八、计量标准的稳定性考核 采用历年检定结果比较法进行考核。经本所检定，二等铂铑检定结果为： 检定日期 检定结果 ( 1084.62℃ ) 2007.7 10.570 mV 2008.7.7 10.575 mV 2009.9 10.574 mV 10 –铂热电偶的历年 XmaxXmin=5.0 uV U95k95uc=40 uV 显然： yi,maxyi,min < U95 ( k=2 ) 结论： 经考核，本标准稳定性符合要求。 第 9 页 共 16 页

九、检定结果的测量不确定度评定 l.测量方法 采用双极比较法，将被检热电偶和标准热电偶同时放入检定炉的温度场内（理想状况为同一点），用热电偶热电阻测试仪分别测量被检和标准热电偶在各检定点的热电动势，由此计算出被检热电偶在所需测量温度点的热电动势。 2.数学模型 根据检定规程和检定实际，被检廉金属金属热电偶热电势的数学模型为： e被(t)=e被(t)＋'E标(t)e标(t')S标(t)S被(t) 式中：e被(t)—被测热电偶在需测量温度点t的热电动势； e被(t')—被测热电偶在测量时（温度点t'）的热电动势； E标(t)—标准热电偶在需测量温度点t的分度值； e标(t')—标准热电偶在测量时（温度点t'）的热电动势； S标(t)、S被(t)—标准、被测偶在需测量点温度t的微分热电动势； 则，测量不确定度的方差为： 22222 ucc12u12+c2u2c3u3 式中的灵敏系数分别为： c1e被(t)e被(t)'=1 c2e被(t)S被(t)E标(t)S标(t)= c3e被(t)r标(t)'= -S被(t)S标(t) 3．标准不确定度的来源 3.1输入量e被(t')的标准不确定度分量u(e被)： 3.1.l由测量不重复性引入的标准不确定度分量u(e被1)： 3.1.2由测量设备引入的标准不确定度分量u(e被2)： 3.1.3检定炉温场分命不均匀引入的标准不确定度分量以u(e被3)： 3.1.4由测量回路寄生电势引入的标准不确定度分量u(e被4)： 第 10 页 共 16 页

九、检定结果的测量不确定度评定 3.1.5由热电偶参考端的零位引入的标准不确定度分量u(e被5) 3.2 输入量E标(t)的标准不确定度分量u(E标)： 3.2.1由标准热电偶引入的标准不确定度分量u(E标1)： 3.2.2由标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度分量u(E标2)： 3.3 输入量e标(t')的标准不确定度分量u(e标t)： 3.3.1由测量不重复性引入的标准不确定度分量u(e标1)： 3.3.2由测量设备引入的标准不确定度分量u(e标2)： 3.3.3由测量回路寄生电势引入的标准不确定度分量u(e标3)： 3.3.4由热电偶参考端温度不均引入的标准不确定度分量u(e标4) 3．4 输入量S标(t)、S被(t)是在ITS一90温标下用近似方法得到的，但其准确度完全可满足该类热电偶使用准确度要求，其由有效位数等原回引起的不确定度因微小而忽略。 4标准不确定度分量的评定 4.1 输入量e被(t')的标准不确定度分量u(e被) 4.1.l由测量不重复性引入的标准不确定度分量u(e被1) 现以1000℃测量情况为例分析： 在重复性条件下，用本标准对一支II级镍铬-镍硅热电偶重复进行10次测量，测得数据为：( 41．320 、 41．320 、 41．321 、 41．322 、 41．322 、 41．322、 41．323 、 41．324 、 41．325 、41．324 ) （mV）。 110 则： e被(t)e被(t')i=41.322 mV 10i1' u(e被1)=se10i1''(t)e(t)被i被2101=1.7 uV 被1n-1 = 9 第 11 页 共 16 页

九、检定结果的测量不确定度评定 4.1.2由测量设备引入的标准不确定度分量u(e被2) 按规程要求，测量设备的测量误差±0.01%，在此区间内可认为均匀分布，以1000℃计算为例，结果为： u(e被2) = (41.5×0.01%) mV/3 = 2.39 uV 其不可靠程度估计为10％，则自由度被2＝50。 4.1.3检定炉温场分布不均匀引入的标准不确定度分量u(e被3) 由检定炉温场分布不均引起最大误差不超过20 uV在区间内可认为均匀分布， 故标准不确定度为： u(e被3)＝(20/2) uV／3＝5.771 uV 其不可靠程度估为20％， 则自由度：被3＝12 4.1.4由测量回路寄生电势引入的标准不确定度分量u(e被4) 由经验知，测量回路寄生电动势带来误差不超过±1 uV，在区间内可认为均匀 分布，故标准不确定度为 ：u(e被4) ＝ 1.0 uV／3＝0.58 uV 其不可靠程度估计为20％，则自由度：被4＝12。 4.1.5由热电偶参考端的零位引入的标准不确定度分量u(e被5) 热电偶参考端应为0℃，但实际有偏离，由经验知，热电偶参考端不为0℃带来的误差不超过±8.0 uV （相当于上0．2℃）在区间内可认为均匀分布，故标准不确定为： u(e被5) ＝ 8.0 uV／3 ＝ 4.62 uV 其不可靠程度估计为10％，则自由度被5＝50。 4.1.6输入量e被(t')的标准不确定度u(e被)的合成 u(e被)＝ e被＝ui152(e被i) = 7.8 uV uu被i被ii154u4ue被 = 56 第 12 页 共 16 页

九、检定结果的测量不确定度评定 4.2输入量E标(t)的标准不确定度分量u(E标) 4.2.1由标准热电偶引入的标准不确定度分量u(E标1) 检定证书给出，标准热电偶在铜点、铝点、锌点标准不确定度分别为1.7 uV 1．4 uV、1．2 uV，自由度分别为36，63，54。 4.2.2由标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度分量u(E标2) 标准热偶的热电动势年变化一般不超过±5uV服从正态分布，故由标准热电偶年不稳定性引入的标准不确定度分量为： u(E标2) ＝ 5/3 =1.67 uV 其不可靠程度估为10％，则自由度为：E标2= 50 4.2.3将4.2.1、4.2.2合成，输入量E标(t)1000℃时的标准不确定度分量、自由度为： u(E标) =2.0 uV (E标) = 1 4.3输入量e标(t')的标准不确定度分量u(e标t)： 4.3.1由测量不重复性引入的标准不确定度分量u(e标1) 在重复性条件下，1000℃时用本标准对一支II级镍铬一镍硅热电偶的热电动势进行重复10次测量，测得标准热电偶热电动势值分别为( 9．572，9．572，9．573，9．573，9．573，9．574，9．574，9．575，9．575，9．574 ) （mV） 110则 ： e标(t)e标(t')i=9.5735 mV 10i1' u(e标1)=se10i1''标(t)ie标(t)2101=3.2 uV 被1n-1 = 9 4.3.2由测量设备引入的标准不确定度分量u(e标2)： 此项不确定度由电测设备误差引起，测量误差为±0.01%，在此区间内可认为均匀分布，以1000℃计算为例，结果为：u(e标2) = (8.6×0.01%) mV/3 = 0.5 uV 其不可靠程度估计为10％，则自由度标2＝50。 第 13 页 共 16 页

九、检定结果的测量不确定度评定 4.3.3由测量回路寄生电势引入的标准不确定度分量u(e标3) 由经验知，测量回路寄生电动势带来误差不超过±1 uV，在区间内可认为均匀 分布，故标准不确定度为 ：u(e标3) ＝ 1.0 uV／3＝0.58 uV 其不可靠程度估计为20％，则自由度：标3＝12。 4.3.4由热电偶参考端温度不均引入的标准不确定度分量u(e标4) 本项不确定度由热电偶参考端不为0℃引起。由经验和试验知，热电偶参考端不 为0℃形成的误差不超过±0.40 uV （相当于上0．2℃）并在区间内认为均匀分布，故标准不确定度为： u(e标4)＝ 0.40 uV／3 ＝ 0.23 uV 其不可靠程度估计为10％，则自由度被5＝50。 4.3.5将4.3.1、4.3.2、4.3.3、4.3.4合成，输入量e标(t')1000℃时的标准不确定度分量、自由度为： u(e标t) = 3.4 uV e标 = 52 5 合成标准不确定度评定 标准不确定度分量一览表中各分量彼此不相关，，则合成标准不确定度uc和 有效自由度eff为： ucu2i = 16.2 uV effuc4n4 = 206 uii1i 6扩展不确定度评定 取置信概率p＝95儿由p及eff,从t分布表中查得包含因子k95为： k95t95(100)1.984 扩展不确定度： U95k95uc=40 uV 或：U951.2 ℃ 第 14 页 共 16 页

十、检定结果的验证 采用传递比较法进行验证 选用一等标准铂铑10 –铂热电偶和二等标准铂铑10 –铂热电偶，对镍铬一镍硅热电偶在1000℃进行测量， 结果见下表： 单位：（mV） n 1 2 3 4 5 6 平均值 一等标准铂铑10 –铂热电偶 二等标准铂铑10 –铂热电偶 41.315 41.313 41.311 41.312 41.315 41.312 41.313 41.321 41.322 41.324 41.322 41.321 41.322 41.322 y1y2 = 0.009 mV = 0.2 ℃ 由检定系统表查得： 一等标准铂铑10 –铂热电偶的总不确定度为U1 ＝ 0．6℃ (k=3) 二等标准铂铑10 –铂热电偶的总不确定度为U2 ＝ 1．0℃ (k=3) 转换成 k=2时 一等标准铂铑10 –铂热电偶的总不确定度为U1 ＝ 0．4℃ (k=2) 二等标准铂铑10 –铂热电偶的总不确定度为U2 ＝ 0.7 ℃ (k=2) 则 ： 2＝ 0.8 ℃ U12＋U2 显然： 2 y1y2 < U12＋U2 结论：经验证，本标准不确定度评定准确，测量结果可靠。 第 15 页 共 16 页

十一、结 论 通过分析和验证，表明本标准符合JJG351一1996《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求，可开展对II级工作用廉金属热电偶的检定。 十二、附加说明 根据JJF1033-2008《计量标准考核规范》重新编制。 第 16 页 共 16 页