標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶(B型熱電偶)主要作為標(biāo)準(zhǔn)器，在(1100～1500)℃溫度范圍內(nèi)用于溫度量值傳遞，也用于該溫區(qū)的精密測(cè)溫。B型熱電偶具有測(cè)溫上限高，抗污染能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。適用于氧化性和惰性氣體環(huán)境中，也可短期用于真空環(huán)境中。特別是其測(cè)量時(shí)受冷端補(bǔ)償?shù)挠绊戄^小，使其成為高溫接觸測(cè)量的主要計(jì)量器具，在高溫測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表和檢定規(guī)JJG 141-2013可知，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶是溫度量值傳遞的重要一環(huán)，它的量值向上溯源到一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶，量值向下傳遞到Ⅲ級(jí)工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶。
本文根據(jù)檢定規(guī)JJG 167-1995、規(guī)范JJF 1059.1-2012和CNAS的相關(guān)要求對(duì)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶檢定結(jié)果進(jìn)行不確定度的評(píng)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器、配套設(shè)備、測(cè)量方法，建立測(cè)量模型，分析不確定度來源，評(píng)定A類和B類不確定度分量，最終合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用CMC的表達(dá)方式表示測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。評(píng)估方法和結(jié)果為今后的檢定、校準(zhǔn)、檢測(cè)和相關(guān)科研提供參考，由各個(gè)不確定分量引入的結(jié)果也可以分析出該檢定項(xiàng)目中測(cè)量存在的缺陷，為今后提高測(cè)量水平提供依據(jù)。
1、測(cè)量對(duì)象被檢偶為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶，其檢定點(diǎn)及熱電動(dòng)勢(shì)值的最大允許誤差如表1所示:
表1 熱電動(dòng)勢(shì)值最大允差表
鉑銠30－鉑銠6熱電偶各檢定點(diǎn)的熱電勢(shì)值和微分熱電動(dòng)勢(shì)值如表2所示:
表2 微分熱電動(dòng)勢(shì)值表
2、標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備鉑銠30－鉑銠6熱電偶檢定所需的標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備相關(guān)信息如下表3所示:
表3 標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備信息表
3、測(cè)量方法根據(jù)檢定規(guī)程JJG 167-1995中“四檢定方法”的要求，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶在檢定前經(jīng)過清洗、退火、穿管、捆扎等準(zhǔn)備工作，用一支一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)偶在(1100-1500)℃范圍內(nèi)的整百度點(diǎn)(1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃)附近采用雙極比較法對(duì)其熱電勢(shì)值進(jìn)行校準(zhǔn)，待熱電偶測(cè)量端達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，在每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和被校進(jìn)行4次讀數(shù)，所得結(jié)果經(jīng)過修正與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，計(jì)算得出被檢熱電偶示值誤差。
4、測(cè)量模型
E被(t)=E標(biāo)證(t)+Δ(et)
式中:E標(biāo)證(t)為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶證書中分度點(diǎn)上的熱電動(dòng)勢(shì)值;Δ(et)為檢定時(shí)測(cè)得被檢鉑銠30－鉑銠6熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的平均值的差值。
5、標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定
5.1 輸入量E標(biāo)證(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(E標(biāo)證(t))的評(píng)定
輸入量E標(biāo)證(t)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源于分度一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶，分度結(jié)果的不確定度，由相關(guān)資料可知，換算成熱電勢(shì)值見表4:
表4 一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶引入的不確定度
5.2 輸入量Δ(et)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δ(et))的評(píng)定
5.2.1 由被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶的測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δ(et))1(A類)；
因在(1100-1500)℃溫度點(diǎn)測(cè)量時(shí)，被測(cè)偶重復(fù)性情況類似，故對(duì)其在某一溫度點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量情況的分析，可代表其在其他溫度點(diǎn)的測(cè)量重復(fù)性情況的分析。
用整個(gè)測(cè)量裝置對(duì)一支被測(cè)的二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶在1500℃溫度點(diǎn)上進(jìn)行10組獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，讀取被檢二等鉑銠30－鉑銠6熱電偶和一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的平均值的差值，其結(jié)果如下表5:
表5 測(cè)量重復(fù)性
用貝塞爾公式法計(jì)算得出單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差
由被檢偶測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
5.2.2 由電測(cè)設(shè)備示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δ(et))2(B類)
根據(jù)數(shù)字電壓表34401A的說明書中的技術(shù)指標(biāo)可知，校準(zhǔn)后1年內(nèi)其示值最大允許誤差為±(0.005%×示值+0.0035%×量程)，量程選擇為(0-100)mV，示值的選擇根據(jù)不同的溫度點(diǎn)。由ITS－90溫標(biāo)B型熱電偶分度表可知，然后就可以算出各檢定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)字電壓表的示值誤差，見表6：
表6 數(shù)字電壓表示值誤差
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，取數(shù)字電壓表的示值最大允許誤差的模為區(qū)間半寬度a，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布k=根號(hào)3，由a/根號(hào)3就可以得出數(shù)字電壓表的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δ(et))2，見下表7：
表7 示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
5.2.3 由熱電偶檢定爐爐溫溫場(chǎng)不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δ(et))3(B類)；
由實(shí)驗(yàn)可知檢定爐溫場(chǎng)分布不均勻產(chǎn)生的最大溫差為±0.5℃，區(qū)間半寬度a=0.5℃在區(qū)間內(nèi)可服從均勻分布k=根號(hào)3，造成熱電偶在各個(gè)溫度點(diǎn)的熱電勢(shì)值影響和標(biāo)準(zhǔn)不確定度為，見下表8：
表8 爐溫溫場(chǎng)不均勻的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
5.2.4 由掃描開關(guān)產(chǎn)生的寄生熱電勢(shì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Δe(t))4(B類)；
由掃描開關(guān)說明書中技術(shù)指標(biāo)可知轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生熱電勢(shì)不超過±0.4uV，區(qū)間半寬度a=0.4uV在區(qū)間內(nèi)可服從均勻分布k=根號(hào)3，
6、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
6.1 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30－鉑銠6熱電偶的不確定度分量匯總表見表9。
表9 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表
6.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
以上各項(xiàng)分量均互不相關(guān)，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
按照不同的檢定點(diǎn)結(jié)果如下見表10：
表10 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
7、不確定度的表示
U=k*uc取k=2，按照CMC的范圍表示方法相應(yīng)的擴(kuò)展不確定度見表11。
表11 擴(kuò)展不確定度
本文主要分析和評(píng)定了雙極比較法檢定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶的測(cè)量不確定度。評(píng)定結(jié)果采用CMC范圍表示方法，各個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的擴(kuò)展不確定度線性內(nèi)插，擴(kuò)展不確定度的單位與測(cè)量范圍的單位相對(duì)應(yīng)。
由不確定度分量匯總表可以看出影響二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶檢定準(zhǔn)確性的最主要因素是標(biāo)準(zhǔn)器分度引入的不確定度。在配套設(shè)備引入的不確定度分量中，熱電偶檢定爐溫度場(chǎng)均勻性因素相對(duì)較大。這兩點(diǎn)是制約二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶檢定準(zhǔn)確性的主要因素，在未來相關(guān)檢測(cè)手段的發(fā)展中應(yīng)著重解決。
