二等标准铂铑10- 铂热电偶测量结果不确定度评定

Abstract：This paper presents an uncertainty evaluation of the measurement results for a second-class standard S^- Type thermocouple at the zinc （Zn） ， aluminum （Al）， and copper （Cu） fixed points， using the bipolar comparison method in accordance with the technical specifications JJG75-2022 and JJF1059.1- 2012. The evaluation results demonstrate that the measurements comply with the verification requirements for second-class standard thermocouples and can provide a reliable basis for related calibration work.

Keywords：Standard Platinum-Rhodium; Uncertainty; Assessment

一、概述

1、 测 量 依 据：JJG75-2022《 标 准 铂 铑 10- 铂 热 电 偶》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与应用》

2、测量环境条件：温度（ 15～25 ） C ，湿度（ 15～85 ）%RH

3、测量标准：

① 一等标准铂铑10-铂热电偶，生产厂家：云南铂敖仪表有限公司，出厂编号：S2021-1-517，溯源值 E_zn=3.4478mV，E_al=5.8608mV，E_cu=10.5743mV， 。② 智能多通道精密测温仪配多通道温度信号扫描装置（温度自动检定系统）：ConST685-S 型；测量范围：（ ，最大允许误差： ± （ 0.0036% 读数 +0.0009% 量程）。

4、被测对象：二等标准铂铑10- 铂热电偶，编号：S19-1-2968

5、测量过程：采用双极比较法进行检定。将标准器和被检热电偶的测量端用铂丝捆扎在一起，各测量端应处于同一水平面且相互间接触良好，测量端之外的电极不应相互接触，同轴地置于检定炉内，测量端置于有效温场中心位置，将炉温升到预定的检定点附近，温度偏离固定点温度不超过 ，保持一段时间，使热电偶的测量端达到热平衡，当观测到炉温变化小于 时，即可开始按标准→被检 $$ 被检→标准的顺序测量不少于4次。第一组测量后将热电偶从炉内取出，解开捆扎，按照上述方法重新捆扎、装炉和连接测量线，进行第二组测量，当两组测量差值不大于 4μV 时测量有效，取平均值作为最终测量结果。

2、标准器的年稳定性引入的标准不确定度uE2

一等标准铂铑 10- 铂热电偶根据检定规程年稳定性为铜点的最大变化量为 5.0μV ，其漂移为正态分布，取 k=3 得： u_（ε2）=5.0μV/3=1.67μV

3、测量重复性引入的标准不确定度分量 u_（E3

测量重复性采用两组测量数据的合并样本标准偏差进行计算，其数据（单位： mV ）如下：

合并样本标准偏差： （ Z_n 点）、 0.18μV （Al 点）、0.31μV （Cu 点）。

在实际测量中取 4 次测量的平均值作为结果，故重复性引入的不确定：

4、热电势电测设备测量误差引入的标准不确定度分量

此次采用的是智能多通道精密测温仪配多通道温度信号扫描装置（温度自动检定系统）：ConST685-S 型；测量范围：（ 0～100 ）mV ，最大允许误差： ± （ 0.0036% 读数 +0.0009% 量程），半宽度 a=∂ （ 0.0036% 读数 +0.0009% 量程），按照均匀分布取 得：

5、热电偶参考端温度补偿引入的不确定度分量 u_⋅（ES

多通道温度信号扫描装置冷端温度补偿的最大允许误差为±0.1^∘C ，半宽度 a=0.1^∘C ，按照均匀分布取 ，按环境温度为 20.0% 计算其电势得：

6、多点转换开关寄生电势引入的标准不确定度分量 u_⋅（E6

多通道温度信号扫描装置（温度自动校准系统）经上级校准，开关寄生电势 ⩽0.4μV ，半宽度 ，按照均匀分布 得： 。

7、检定炉温场波动引入的标准不确定度 u_（E7

测量过程中标准热电偶和被检热电偶测量不能同时进行，根据检定规程要求，当观测到热电偶变化 ，开始读数，且整个过程在 1min 内可以采集完数据，按照均匀分布 得：

8、检定炉温场不均匀性引入的标准不确定度分量 u_⋅（E8

由于检定炉内温场存在不均匀性，导致标准和被检热电偶测量温度有差异，根据检定规程要求，在检定温度区域内温度梯度 0.4^∘C /cm ，取半宽度 a=0.2^∘C ，按照均匀分布取  得：

9、热电偶热电自身不均匀引入的标准不确定度分量 u_⋅（E9

实际应用中热电偶因各处的热电特性不同，并随使用时间和环境会产生较大的热电特性差异，目前标准铂铑 10- 铂热电偶其影响量估计在热电势的 0.01%～0.02% ，呈均匀分布取  ，为保险起见取最大不确定度，得：

四、合成标准不确定度

1、标准不确定度分量汇总表

2、合成标准不确定度

由于上述不确定度之间相互独立，因此合成为：

得： u_c（Zn）=3.24μV;u_c（A1）=3.46μV;u_c（Cν）=3.93μV

五、扩展不确定度

取包含因子 k=2 ， U=k⋅u_c 得：U_zn=2×3.24μV=6.5μV;U_al=2×3.46μV=6.9μV;

=2×3.93μV=7.9μV

七、测量不确定度报告

U_zn=6.5μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.67^∘C ， k=2 ）；

U_⋅Al=6.9μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.66^∘C ， k=2 ）；

U_Cu=7.9μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.67^∘C ， k=2 ）。

参考文献

1、国家市场监督管理总局 JJG75-2022《标准铂铑10- 铂热电偶》2、国家质量监督检验检疫总局 JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》作者简历杨杰，男，内江市检验检测中心长热电计量室主任，计量测试工程师。

四、合成标准不确定度

1、标准不确定度分量汇总表

2、合成标准不确定度

由于上述不确定度之间相互独立，因此合成为：

得： u_c（Zn）=3.24μV;u_c（A1）=3.46μV;u_c（Cν）=3.93μV

五、扩展不确定度

取包含因子 k=2 ， U=k⋅u_c 得：U_zn=2×3.24μV=6.5μV;U_al=2×3.46μV=6.9μV;

=2×3.93μV=7.9μV

七、测量不确定度报告

U_zn=6.5μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.67^∘C ， k=2 ）；

U_⋅Al=6.9μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.66^∘C ， k=2 ）；

U_Cu=7.9μV ， k=2 ，（换算温度 U_Zn=0.67^∘C ， k=2 ）。

参考文献

1、国家市场监督管理总局 JJG75-2022《标准铂铑10- 铂热电偶》2、国家质量监督检验检疫总局 JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》作者简历杨杰，男，内江市检验检测中心长热电计量室主任，计量测试工程师。