工作用廉金属热电偶测量不确定度评定

工作用贵金属热电偶示值误差不确定度评定1、条件和适用范围1.1、测量依据：JJG141-2013《工作用贵金属热电偶检定规程》。

1.2、环境条件：环境温度(20±5)℃，湿度≤75%。

1.3、测量标准：热电偶检定装置。

1.4、被测对象：工作用贵金属热电偶（S 型），300℃以上。

1.5、测量方法：将被检热电偶与标准热电偶套上高铝保护管，一同放入管式炉内，热电偶的测量应处于管式炉最高温区中心，标准热电偶与管式轴线位置一致。

由低温向高温逐点升温校准。

待温度稳定达到规程要求，依照标准、被检、被检、标准的顺序读数。

2、数学模型e ∆=1e +bS e e 32-·1S －分e 式中 e ∆－被检热电偶热电势的示值误差；1e －标准热电偶在某检定点附近温度下，测得的热电动势算术平均值；2e －标准热电偶证书上某检定点温度的热电动势值；3e －标准热电偶证书上某检定点附近温度下，测得的热电动势算术平均值； 分e －被检热电偶分度表上查得的某检定点温度的热电势值；b S 、1S －分别表示标准、被检热电偶在某检定点温度的微分热电动势。

3、不确定度传播率灵敏系数 1c =1 ∂)( ∂e e ∆=1 2c =2 ∂)( ∂e e ∆=b S S 1=4.3 3c =3 ∂)( ∂e e ∆=-bS S 1=-4.3 (在检定600℃时的被检热电偶微分热电动势为0.043mV/℃;标准热电动势为0.01mV/℃)4、标准不确定度评定4.1、输入量1e 的不确定度)(1e u 的评定标准不确定度)(1e u 主要由被检热电偶重复性测量)(11e u ，数字多用表准确度)(12e u ，所构成,管式炉中心均匀度)(13e u 。

4.1.1、标准不确定度)(11e u 由热电偶重复性测量所引入，校准温度点为600℃时，在相同情况下，用数字多用表重复测量10次，则单次测量的标准偏差为s =1-)-(∑12n e e n i i ==0.0024mV实际测量取2次的平均值，所以)(11e u =s /2=0.0017 mV4.1.2、标准不确定度)(12e u 由数字多用表的准确度引入，数字多用表的准确度为0.0002%.在测量600℃时的热电动势为所引入的误差为±0.0018 mV,按均匀分布,包含因子取k =3,则)(12e u =0.0018/3=0.0010 mV4.1.3、标准不确定度)(13e u 由管式检定炉均匀度所引入,检定炉送检合格,根据其技术要求可知,其中心点内均匀度为0.4℃,其半宽区间为0.2℃,按均匀分布,取k =3,则)(13e u =0.2/3=0.115℃转化为热电动势为0.0049 mV ,即)(13e u =0.0049 mV4.1.3、不确定度)(1e u 的合成因为)(11e u 、)(12e u 、)(13e u 相互独立互不相关，所以：)(1e u =)()()(132122112e u e u e u ++=2220049.00010.00024.0++=0.0055 mV4.2、输入量2e 的不确定度)(2e u 的评定标准不确定度)(2e u 主要由标准热电偶的准确度所引入,标准热电偶送检合格,根据证书可知,其不确定度为U =0.0015 mV ,包含因子k =2,则由该项引入的不确定度为)(2e u =0.0015/2=0.0008 mV4.3、输入量3e 的不确定度)(3e u 的评定标准不确定度)(3e u 主要由二等标准热电偶重复性测量)(31e u ，数字多用表的准确度)(31e u4.3.1、标准不确定度)(11e u 由标准热电偶重复性测量所引入，校准温度点为600℃时，在相同情况下，用数字多用表重复测量10次，则单次测量的标准偏差为s =1-)-(∑12n e e n i i ==0.0014mV实际测量取2次的平均值，所以)(31e u =s /2=0.0008 mV4.3.2、标准不确定度)(32e u 由数字多用表的准确度引入，数字多用表的准确度为0.0002%.在测600℃时的热电动势为所引入的误差为±0.0018 mV,按均匀分布,包含因子取k =3,则)(32e u =0.0018/3=0.0010 mV4.1.3、不确定度)(3e u 的合成因为)(31e u 、)(32e u 相互独立互不相关，所以：)(1e u =)()(322312e u e u +=220010.00008.0+=0.0013mV5、合成标准不确定5.1不确定度一览表5.2、合成标准不确定度计算以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：)(e u ∆=)()()(322322221221e u c e u c e u c ++=2220056.00034.00055.0++=0.0086mV6、扩展标准不确定度计算可取包含因子k =2，被检热电偶的扩展不确定度为U =k·)(e u ∆=0.017 mV因为在600℃时被检热电偶的微分热电动势为0.043 mV/℃,所以转化为温度值为0.4℃. 即：U=0.4℃（k =2）。

Ⅱ级廉金属热电偶（K型）热电动势测量不确定度评定Evaluation of uncertainty in measurement of thermoelectric EMF of class II low metal thermocouple（type K）张斌（福建省农业机械化研究所，福建福州350005）摘要：本文主要针对Ⅱ级K型廉金属热电偶测量结果误差进行不确定度评定，分析探讨不确定度的来源以及对测量结果误差的影响。

关键词：热电偶；测量结果误差；不确定度；评定中图分类号：TB971文献标识码：A文章编号：1005-1937（2020）02-033-04Abstract：In this paper，the uncertainty of measurement results of class II K low-cost metal thermocouple is evaluated，and the sources of uncertainty and its influence on measurement results are analyzed.Key words：thermocouple；measurement result error；uncertainty；evaluation在工业生产温度测量过程中，热电偶的应用极为广泛，是测量仪表中常用的测温元件，它把温度信号转换成热电动势，并通过二次仪表显示被测温度。

热电偶热电动势测量结果不确定度是衡量测量能力的主要因素。

本文依据国家计量技术规范JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》等，以允差等级为Ⅱ级，分度号为K的廉金属热电偶为例，对其在某一温度测量结果误差进行不确定度评定，分析探讨不确定度的来源以及对测量结果误差的影响。

1概述1.1测量依据JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》1.2测量环境条件温度20±3℃，湿度（40~70）%RH1.3测量标准及其主要技术要求a.一等标准铂铑10-铂热电偶，扩展不确定度U 为（0.4~0.6）℃，置信概率：0.99；b.数字多用表KEITHLEY2010，其中DC-V的不确定度是20Í10-6。

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化68 科学与信息化2019年12月下热电偶检定炉温场测量不确定度评定范君 溧阳市市场综合检验检测中心 江苏 溧阳 213300摘 要 参照国家计量技术规范，基于实际工作情况对各型热电偶检定炉、退火炉温场测量的不确定度进行了分析和评定，给出了Ｓ型贵金属偶炉（包括工作用和标准）、廉金属偶炉、退火炉和Ｂ型贵金属偶炉（包括工作用和标准）各温度点上的扩展不确定度评定结果。

关键词 计量；热工计量；温度计量；热电偶检定炉；不确定度评定引言随着工业的不断发展，热电偶的应用越来越广泛。

我实验室近几年热电偶的检定工作日趋繁重，而热电偶检定工作效率与实际要求不相符，因此本文结合工作中摸索出来的经验，介绍提高热电偶检定工作效率的新方法，并通过不确定度的评定，验证新方法的可行性。

1 测量方法选用两支一等标准铂铑10－铂热电偶，一支作移动标准偶，移动测量检定炉轴向各点的热电动势值。

另一支用作固定标准（参考标准偶），固定测量检定炉轴向中心的热电动势值，将两标准偶在i 位置的电势差减去两标准偶在起始点0位置的电势差。

即得到移动标准偶在任意一点相对于起始点0位置的电势差值。

2 热电偶检定装置使用情况依据《JJG151-2013工作用贵金属热电偶》检定规程及《JJF1637-2017廉金属热电偶》校准规范，以廉金属热电偶校准为例。

校准过程要求当炉温升到设定点温度，炉温变化小于0.2℃/min 时，自标准热电偶开始，依次测量各被检热电偶的热电动势，测量时管式炉温度变化不得大于0.5℃。

到温采样是循环测量过程，单次检定的热电偶数量越多扫描时间越长，温度波动越容易超过0.5℃[1]。

当温度波动超过0.5℃时，系统将重新精密控温，反复多次反而延长检定时间，日常工作中得出的结论往往一炉只能检4～5支热电偶，因此依靠增加单炉单次热电偶检定数量达不到提高效率目的。

然而我们使用的检定炉是标准管式检定炉，加热管内径为40mm 可同时装入8～10支热电偶。

陕西XXXX技术有限公司廉金属热电偶检定/校准结果测量不确定度评定报告编制：审核：批准：2020年06月06日检定/校准结果测量不确定度评定报告一、概述1、预评估对象：E 型热电偶， 10#（西安天虹仪表)2、校准方法：JJF 1637-2017《廉金属热电偶》3、校准项目：示值误差4、校准环境：温度20℃；湿度52%RH5、校准用计量标准器：二等标准铂电阻温度计二 测量结果不确定的评定1、校准方法及原理按JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》要求，按直接测量法进行测量。

被测对象为Ⅱ级E 型热电偶，其最大允许误差±2.5℃。

2、 数学模型补被被被）（e S t dtdW W W e t e n t t tn +⨯-+=)( 其中：tp t t R R W = 式中： nt 被校点的温度点，℃； t W温度t 时的电阻比； t R 标准温度计在温度t 时测得的电阻值的平均值，Ω；tp R标准温度计在水三相点的温度值，Ω； tnW 、tn t dt dW )( 标准温度计分度表给出的温度对应的电阻比和电阻比随温度的变化率，℃-1；)(t e 被被校热电偶在某校准点的热电动势值，mV ； 被e 被校热电偶在某校准点附近，测得的电动势算术平均值，mV ； 补e 补偿导线修正值，mV 。

3、标准不确定度分量3.1被校热电偶重复测量引入标准不确定度评定1u在100℃点进行连续10次测量，得到如下结果：6.356mV 、6.359mV 、6.326mV 、6.329mV 、6.246mV 、6.329mV 、6.296mV 、6.352mV 、6.351mV 、6.326mV 。

其标准偏差计算如下：mV n x x s i i r 0343.01)(1012=--=∑= 则：V s e u r μ9.1010)(==被 3.2电测设备测量被校热电偶引入的标准不确定度2u电测设备使用的是KEITHLEY2010型数字万用表，其测量的误差按一年内的准确度量程）读数661091037(--⨯+⨯±计算，对应校准点读数取6.350mV ，量程100mV,误差±0.91μV 。

工作用镣铭一镣硅热电偶测量结果的不确定度评定1概述1 . 1测量依据：JJG351 — 1996《工作用廉金属热电偶检定规程〉〉。

1 . 2测量环境条件：温度（23 士5 ）C ；湿度（45 -75 ） % RH。

1 .3测量标准及其主要技术要求二等标准钳佬10-钳热电偶，锌、铝、铜三凝固点温度的分度值的扩展不确定度U为0.6 C - 1 . 0 C置信概率0 .99。

数字电压表为Keithley2000 数字万用表，其允许误差为土（0.005%x示值+0.0035% X量程）（1年）。

1 .4被测对象及其主要性能II级工作用镣铭-镣硅热电偶，在300-1100 C范围内误差不超过2.5 C或士0.75 %。

现以1000 C测量情况为例分析不确定度。

1 .5测量参数与简单测量方法工作用镣铭-镣硅热电偶在300-1100 C间的热电动势是由其测量端在所需测量温度点、参考端0 C的热电动势与二等标准钳佬10-钳热电偶在相同温度点的热电动势以及标准偶、被测偶微分热电动势得到的。

用数字电压表可分另U测量被测和标准热电偶在各测量温度点附近温度点（t'的热电动势e被（t'）和e标（t））曲e标（t'与已知的标准热电偶在各测测量温度点（标（t） , t）的分度值E标（t）以及微分热电动势s t,由可计算出测量时实际温度与所需测量温度点的差值么及e被（t'进一△ t、被测偶微分热电动势s被（t）以步计算出被测偶在所需测量温度点的热电动势e被（t）。

. . E 标（t） e 标（t） <e被 t）= e被t（t）s 标（t）2数学模型式中：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（温度为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（温度为t'的热电动势；s标（t ）、s被（t ）--标准、被测热电偶在需测量温度点t的微分热电动势；3输入量的标准不确定度评定3 . 1输人量e被（t '）的标准不确定度u （e被）的评定输人量e被（t '）的标准不确定度u （e被）不确定度来源于被测热电偶测量不重复性、数字电压表测量误差、检定炉温场分布不均、测量回路寄生电势以及热电偶参考端温度不均。

热电偶测量结果不确定度评定摘要：为了检验热电偶校准数据的准确性，对热电偶校准过程中的影响因素进行分析，评定各影响因素分量的标准不确定度，得出校准结果的扩展不确定度。

关键词：热电偶测量不确定度1.校准方法采用比较法中的双极法，在管式炉中放置金属均温块，将一等标准铂铑10-铂热电偶（以下简称标准偶）套上陶瓷保护管与铠装偶，分别插入金属均温块中进行比较，测量标准热电偶和被校铠装偶的热电动势值。

2.数学模型因被校铠装热电偶自带引出线和连接电测设备铜线一起放入零度恒温器进行校准，未使用补偿导线所以补偿导线引起的误差和不确定度分量不予考虑。

分度时，被校铠装偶在某点上的热电动势采用下式计算：e补―补偿导线修正值，mV。

3.合成方差和灵敏系数平均值的标准不确定度：每一组独立测量时，400℃时由标准热电偶测得温场实际变化最大不超过0.5μV，以微分热电势9.57μV/℃计算（相当于0.052℃），再以微分电势42.24μV/℃计算其带来的最大误差为2.20μV，取半宽为1.10μV；600℃时由标准热电偶测得温场实际变化最大不超过1.0μV，以微分热电势10.21μV/℃计算（相当于0.098℃），再以微分电势42.51μV/℃计算其带来的最大误差为4.16μV，取半宽为2.08μV；按均匀分布考虑，标准热电偶在400℃和600℃分别进行6组独立重复测量，测量值是每一组校准记录4次数据的平均值。

测量结果见表6-1，按A类方法评定，服从正太分布。

平均值的标准不确定度：8 合成标准不确定度10 结语通过上述分析可知对测量结果不确定度，利用不确定度对示值误差进行符合性评定，对现场测量结果具有指导意义。

参考文献：1. JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示 2．JJF1262-2010 铠装热电偶校准规范3．JJF1637-2017 廉金属热电偶校准规范。

工作用贵金属热电偶示值测量不确定度评定1. 概述1.1测量依据：依据检定规程JJG141-2013《工作用贵金属热电偶》。

1.2测量环境条件：温度20±3℃，湿度（40~85）%RH 。

1.3测量用标准器一等标准铂铑10-铂热电偶1.4测量方法：用一支一等标准铂铑10-铂热电偶与被检工作用铂铑10-铂热电偶捆扎一起放在热电偶检定炉内中心点，在锌、铝、铜三个固定点采用双极法进行,分别计算算术平均值，最后得到被检热电偶在个温度点的热电动势。

2. 数学模型 采用双极法：t E = 证E +被E –标Et E ——被测电偶在温度t 上的热电动势，mV ；证E ——一等标准热电偶证书中固定点上的热电动势，mV ； 被E ——被检热电偶测得的热电动势算术平均值，mV ； 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 是用同一台数字多用表同一时间同一条件下测得，固两组测量数据具有强相关性，根据不确定度传播率得到：)()()(2)()()()(322232222212标被标被标被证，E c E u c E E r E u c E u c E u c y u c +++=式中，灵敏系数：11=∂∂=证E E c t 12=∂∂=被E E c t 13-=∂∂=标E E c t相关系数：)(标被，E E r =（-1～1）3 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、分度复现性、多路开关、参考端、炉温变化等影响3.1测量重复性引入的不确定度分量a u ，用A 类方法进行评定。

因在三个温度点测量时，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，课代表在其他温度点重复行情况，现已铜点1084.62℃为例分析。

用标准热电偶为标准检定热电偶，测得工作热电偶的10个试验数据如下(mV):10.5798,10.5802,10.5807,10.5806,10.5807,10.5808,10.5801,10.5803,10.5808,10.5804算术平均值X =10.58044mV单次实验标准差1s =1)(1012--∑=n X X i i =0.34μV实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，所以4/11s u a ==0.17μV测得标准偶的10个重复性试验数据如下(mV)：10.5740,10.5741,10.5743,10.5743，10.5748,10.5741,10.5749，10.5746,10.5744，10.5745算术平均值X =10.5962mV单次实验标准差2s =1)(1012--∑=n X X i i =0.31μV实际测量以4次测量值的平均值作为测量结果，所以4/22s u a ==0.16μV电测设备的测量分辨力为0.1μV ，由其引入的不确定度分量很小，所以只考虑重复性引入的不确定度分量，a u 为：a u =2221a a u u +=0.24μV3.2标准热电偶引入的不确定度分量1u ，用B 类方法进行评定。

工作用铂铑10-铂热电偶测量不确定度评估共10 页（包括封面）批准：审核：分析：2011年11月07日工作用铂铑10-铂热电偶测量不确定度的评估1概述1.1 测量依据：JJG141-2000《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）℃，主要技术指标如下表：。

实验室计量标准器和配套设备技术指标1.3测量对象：1.4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。

2 数学模型被t E =被t E +(标t E －标t E )式中：被t E ——被检热电偶在各检定点上的热电动势 (mV )。

被t E ——被检热电偶测得的热电动势算术平均值 (mV )。

标t E ——标准热电偶证书上给出的热电动势值 (mV)。

标t E ——检定时标准热电偶测得的热电动势算术平均值 (mV )。

3 不确定度传播率)(2y u c =22222123(()()t t t c u E c u E c E ++被标标）式中，灵敏系数： 1c =被被t t E E ∂∂=1 2c =标被t t E E ∂∂=1 3c =标被t t E E∂∂=－1 4 各输入量的标准不确定度评定4.1 输入量被t E 的标准不确定度)(被t E u 的评定输入量被t E 的标准不确定度)(被t E u 的来源：被检热电偶测量重复性、数字多用表测量误差、检定炉温场均匀性（分布不均）、测量回路寄生电势、热电偶参考端温度不均匀。