热电偶检定炉校准规范1 范围本校准规范适用于各类热电偶检定炉、退火炉计量性能的校准。
其他类似的温度炉也可参照本规范进行校准。
2 引用文献JJG 351-1996 工作用廉金属热电偶检定规程 JJG 141-2000 工作用贵金属热电偶检定规程 JJG 75-1995 标准铂铑10-铂热电偶检定规程JJG 668-1997 工作用铂铑10-铂、铂铑13-铂短型热电偶检定规程 JJG (闽)4-1992 工作用镍铬-镍硅、镍铬-铜镍(康铜)短型热电偶检定规程 JJF 1071-2002 国家计量校准规范编写规则 JJF 1059-1999 测量结果不确定度评定与表示 3 概述热电偶检定炉是热电偶计量检定中重要的配套设备，在热电偶检定过程中提供恒温温场。
它主要由热电偶检定炉体和与其配套的精密温度控制装置组成，基本机构如图1所示。
4 计量特性不同用途的热电偶检定炉各项技术指标应符合表1要求。
表1温度传感器信号控制输出图15 校准条件5.1 环境条件5.1.1 检定炉可放置在常温实验室内。
5.1.2 校准用测量设备环境条件应符合校准设备使用要求。
5.2 标准器及其辅助设备5.2.1 校准时所用的标准器由表2列出。
表25.2.2 辅助设备5.2.2.1 热电偶转换开关，寄生电势≤0.4μV 。
5.2.2.2 参考端恒温器，恒温器内温度为（0±0.1）℃。
5.2.2.3 钢直尺，最大允许误差为±0.2mm 。
5.2.2.4 绝缘电阻表，输出电压直流500V ，准确度：10级。
5.2.2.5 定位装置定位装置由2块定位块和2支石英测试管组成。
定位块尺寸如图2，材料为耐火材料。
测试管为Ф8×6×700(mm)石英管2支，分别插入定位块1孔（径向孔）和2孔（轴向孔）形成支梁，如图2所示。
图2 定位块、石英测试管示意图6 校准项目和校准方法 6.1 校准项目校准项目见表3。
6.2 校准方法 6.2.1 绝缘电阻在环境温度为15℃～35℃，相对湿度45％～75％的条件下，断开热电偶检定炉电源。
用绝缘电阻表测量检定炉电源端子和接地端子之间的绝缘电阻应符合表1规定。
6.2.2 用于校准廉金属热电偶检定炉（包括短型热电偶检定炉）的两支二等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称为标1和标2），必须是同一支一等标准偶分度出来的，通过计算得出它们在1000℃时热电动势值'1标e 和'2标e ，按式(1)计算，得到标2和标1的系统差值系统e ∆：'1'2标标系统e e e -=∆ (1)或者将该两支标准热电偶捆扎后置于1000℃的炉中，炉温稳定后，轮换读取2支标准偶的热电动势值各4次，取平均后相减，亦可得出标2和标1的系统差值系统e ∆。
R14对于无需测量径向温场的热电偶检定炉，不需要计算系统e 。
表36.2.3 将定位块装入管式炉两端，使其与炉端口贴紧，并将控温热电偶插入定位块侧孔中。
将两支二等标准热电偶插入定位管中，使测量端处于炉轴线中点截面处。
在标准热电偶绝缘管与定位块外端面交点，用陶瓷铅笔做一标记，作为坐标“0”点，从此点分别向工作端和参考端每隔10mm 做一标记，标上+5～-5坐标。
坐标示意如图3所示。
图3 检定炉坐标示意图6.2.4 将标1和标2两支标准热电偶从炉端部分别插入处于定位块轴向孔和径向孔的石英测试管中，标准热电偶参考端应插在同一参考端温器内，插入深度相同，约为100mm ～-5 -3 -1 +1 +3 +5 -4 -2 0 +2 +4150mm 。
按图4所示连接好线路。
图4 线路连接示意图6.2.5 校准温度点选择校准温度点通常如表4所示，也可根据用户需要增加校准温度点。
6.2.6 将炉温升到目标温度，炉温偏离目标温度不超过±5℃，温度平衡后，即可进行炉温波动度、轴向温场分布、轴向温场等参数的测量。
在依次测量标1和标2热电动势时，测量次数应不少于4次。
每次移动热电偶，温度平衡约3min 后测量。
表46.2.7 炉温波动度测量将标1工作端处于“0”坐标点，温度平衡后，以每分钟不少于2次的均匀间隔记录热电动势值，至少连续记录15min ，并且观察、记录整个测量过程的最大热电动势值e max 和最小热电动势值e min 。
炉温波动度为最大、最小热电动势值之差的一半，除以该温度的微分热电动势值，冠以“±”号。
标S e e t f ⨯-±=∆2minmax(2)-4 -2 0 +2 +4式中：f t ∆——炉温波动度，℃；max e ——所记录的最大热电动势值，mV ； min e ——所记录的最小热电动势值，mV ；标S ——标准热电偶在目标温度下的微分热电动势值，mV/℃。
6.2.8 轴向均匀温场的测量使标2工作端处于“0”坐标点(如图3)，再分别将标1处于+5、+4、+3、+2、+1、0、-1、-2、-3、-4、-5、-5、-4、-3、-2、-1、0、+1、+2、+3、+4、+5坐标各点（校准的坐标点，可根据实际情况进行增减，如：短炉可适当减少，而退火炉就应适当增加校准的坐标点），依次测量标1和标2的热电动势值，测量次数应不少于4次，将两组数据取平均值，并按式(3)计算标1和标2热电动势平均值的差值：20n 1n 标标－＝e e e n ∆ (3)式中：n e ∆——坐标“n ”点标1热电动势平均值与坐标“0”点标2热电动势平均值的差值，mV ；1标n e ——坐标“n ”点，标1热电动势平均值，mV ；20n 标e ——标1在坐标“n ”点时，标2在坐标“0”点的热电动势平均值，mV ；n ——轴向坐标点。
按式(4)计算坐标各点相对坐标“0”点的温度差值分布：标S e e t n n 0∆-∆=∆ (4) 式中：n t ∆——坐标“n ”点相对坐标“0”点的温度差，℃；0e ∆——坐标“0”点，标1热电动势平均值减标2热电动势平均值，mV ； 标S ——标准热电偶在目标温度下的微分热电动势值，mV/℃。
根据轴向均匀温场校准结果，得到轴向均匀温场分布，计算轴向均匀温场的长度及最大温差，应符合表1的相关规定。
6.2.9 最高温场偏离最高温场偏离是指最高均匀温场中心与炉子几何中心轴线上偏离的程度。
根据轴向温场测量结果，得到最高温度点的坐标“n ”，则最高温场偏离的长度)(10mm n l ⨯=，应符合表1的相关规定。
6.2.10 温度梯度根据轴向温场测量结果，按式(5)计算温度梯度，计算结果应符合表1的相关规定。
lt t t nn ∆∆-∆=+1grads (5)式中：grads t ——温度梯度，℃/cm ；1+∆n t ——坐标“n+1”点相对坐标“0”点的温度差，℃；l ∆——坐标“n+1”点和坐标“n ”点的距离，cm 。
6.2.11 径向均匀温场测量将标1和标2处于“0”坐标点的同一横截面上，标1置于炉轴线上不动，分别将标2置于炉内此截面上、下、左、右四点测量标1和标2的热电动势值，按式(6)计算标1和标2热电动势平均值的差值。
12标标－＝e e e ∆ (6)按式(7)计算该截面上、下、左、右各点的径向温度分布。
标系统－＝S e e t ∆∆∆ (7)同样的方法，测量并计算-2、-1、0、+1、+2五个截面的温场。
对廉金属热电偶(短型)检定炉可适当减少测量截面。
根据径向均匀温场校准结果，得到径向温场分布，应符合表1的相关规定。
7 校准结果表达经校准的热电偶检定炉出具校准证书。
校准结果应给出：绝缘电阻、炉温波动度、最高温场偏离、轴向温场分布、径向温场分布、温度梯度及校准结果不确定度。
校准证书或报告应至少包括以下信息： a) 标题，如“校准证书”或“校准报告”； b) 实验室名称和地址； c) 进行校准的地点；d) 证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识； e) 送校单位的名称（和地址）；f) 被校热电偶检定炉的名称、型号规格、产品编号和制造厂等标识； g) 进行校准的日期；h) 校准所依据的技术规范的标识，包括名称和代号； i) 本次校准所使用的测量标准的溯源性及有效性说明； j) 校准环境的描述；k) 校准结果及其不确定度的说明；l) 校准证书或校准报告签发人、校准人、核验人的签名以及签发日期；m) 校准结果仅对被校对象有效的声明；n) 未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。
8 校准时间间隔热电偶检定炉的校准时间间隔根据使用情况自定，建议最长不超过2年。
附录A热电偶检定炉校准记录参考格式（共页第页）续页（共页第页）附录B热电偶检定炉轴向温场校准不确定度分析B.1 概述：B.1.1 测量依据： 本校准规范。
B.1.2 测量环境条件：温度（23±5）℃； 湿度（45～75）%RH 。
B.1.3 测量标准及其主要技术要求:一等标准铂铑10-铂热电偶，三固定点扩展不确定度为(0.4～0.6)℃，置信概率P=0.99； 数字电压表技术指标为：±（60×10-6×示值+0.0032mV ）。
B.1.4 被测对象及其主要性能:以廉金属热电偶检定炉为例，轴向均匀温场长度不小于60mm ，任意两点温差不大于1℃。
B.1.5 测量参数与测量方法：廉金属热电偶检定炉轴向温场的校准是将两支标准热电偶根据本规范要求插入热电偶检定炉中，一支标准偶（标2）固定不动，另一支（标1）沿检定炉轴向移动，测得各坐标点数据，并进行数据处理即得到轴向温场分布数据。
B.2. 数学模型标S e e t n n 0∆-∆=∆ (B1)20n 1n 标标－＝e e e n ∆ (B2) 标标标标标－－S e e e e t n )(200102n01n -=∆ (B3)式中：n t ∆——坐标“n ”点相对坐标“0”点的温度差，℃；n e ∆——坐标“n ”点标1热电动势平均值与坐标“0”点标2热电动势平均值的差值，mV ；0e ∆——坐标“0”点，标1热电动势平均值减标2热电动势平均值，mV ； 1标n e ——坐标“n ”点，标1热电动势平均值，mV ；20n 标e ——标1在坐标“n ”点时，标2在坐标“0”点的热电动势平均值，mV ；10标e ——坐标“0”点，标1热电动势平均值，mV ；200标e ——标1、标2均在坐标“0”点时，标2热电动势平均值，mV ；标S ——标准热电偶在目标温度下的微分热电动势值，mV/℃。
n ——轴向坐标点。
式（B3）为本分析的数学模型。
B.3. 标准不确定度评定B.3.1 输入量1n 标e 标准不确定度)(1n 标e u 的评定输入量1n 标e 的不确定度主要来源于：标准偶定位不重复、参考端温度不均、测量回路寄生电动势、热电偶热电动势测量不重复性。
