工作用貴金屬熱電偶測量審核結(jié)果影響因素

摘要：本文通過分析工作用貴金屬熱電偶測量審核過程中的影響因素，對(duì)其檢定、校準(zhǔn)過程中的一些常見疑問分別在不同的條件下做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得到了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，把對(duì)測得值有影響的幾個(gè)因素進(jìn)行了量化分析，對(duì)貴金屬熱電偶的檢定及校準(zhǔn)工作具有一定的指導(dǎo)意義。
0引言
      工作用鉑銠10-鉑(S型)鉑銠熱電偶是最常見的一種貴金屬熱電偶,由于其示值穩(wěn)定性好、測量精度高、耐高溫等特點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域。對(duì)S型鉑銠熱電偶的檢定、校準(zhǔn)也是熱工計(jì)量常見的工作之一。在測量審核工作的實(shí)施過程中,對(duì)測量結(jié)果有影響的常見因素進(jìn)行了分析，并對(duì)校準(zhǔn)過程中的一些常見疑問分別在不同的條件下做了相關(guān)實(shí)驗(yàn),得到了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),把影響因素進(jìn)行了量化分析,對(duì)貴金屬熱電偶的檢定及校準(zhǔn)工作具有一定的指導(dǎo)意義。
1概述
1.1測量審核計(jì)劃編號(hào)及樣品的運(yùn)輸
      樣品運(yùn)輸箱采用雙層包裝,外層為紙質(zhì),內(nèi)層為儀器箱,中間使用塑料泡沫進(jìn)行隔震包裝。傳輸樣品時(shí)應(yīng)輕拿輕放。
1.2校準(zhǔn)依據(jù)
      本次測量審核依據(jù)JJG141-2013《工作用貴金屬熱電偶》檢定規(guī)程。
1.3校準(zhǔn)對(duì)象及項(xiàng)目
      本次測量審核對(duì)其樣品編號(hào)為S16-4950的一-支S型貴金屬熱電偶的鋅、鋁、銅三個(gè)固定點(diǎn)的示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。
1.4校準(zhǔn)環(huán)境條件
溫度(20+1)C,相對(duì)濕度(40~70)%。
1.5測量標(biāo)準(zhǔn)及其配套設(shè)備的確認(rèn)
      為了保護(hù)被測樣品在測量過程中不被污染,提出了設(shè)備確認(rèn),要求檢定爐為管式檢定爐,爐長600mm,內(nèi)徑應(yīng)不大于20mm,如果不滿足要求,須在爐內(nèi)加裝一支同軸清潔瓷管。
測量標(biāo)準(zhǔn)為一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定裝置,其主標(biāo)準(zhǔn)器為-等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶，檢定爐為管式檢定爐,爐長600mm,管式爐內(nèi)爐裝有一支內(nèi)徑小于20mm的同軸清潔瓷管。主標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備完全滿足工作用貴金屬熱電偶檢定的要求。
1.6校準(zhǔn)方法
采用比較法中的雙極法:[1-2]
2測量審核實(shí)施過程中影響因素的研究
      在測量審核的實(shí)施過程中,在不同條件下，對(duì)樣品做了多組實(shí)驗(yàn),獲得了可以相互對(duì)比的數(shù)據(jù)，對(duì)在不同測量條件下得到的不同測量結(jié)果進(jìn)行量化分析,得到了幾種對(duì)測量結(jié)果存在影響的常見因素。
2.1參考端偏離冰點(diǎn)對(duì)測量結(jié)果造成的影響.
     按照規(guī)程規(guī)定，校準(zhǔn)過程中參考端恒溫器工作區(qū)域溫度變化不得大于(0+0.05)℃。在校準(zhǔn)時(shí)，刨冰機(jī)突發(fā)故障,由于測量審核規(guī)定的時(shí)間緊迫,一邊找相關(guān)部門維修刨冰機(jī)的同時(shí)，用其它方法把冰砸成小的碎塊，放人冰桶，制成冰水混合物,但是由于小冰塊的存在,無法達(dá)到規(guī)程規(guī)定的(0+0.05)℃,實(shí)測冷端溫度為+0.8℃,進(jìn)行了測試。獲得了一組測試數(shù)據(jù)。這時(shí)刨冰機(jī)已經(jīng)修好，又重新配制了冰水混合物，在不改變其它條件的情況下,又重新進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。獲得的兩組測量數(shù)據(jù)見表1。
 
      由于冷端溫度偏離了+0.8℃,在0℃時(shí)換算成電壓為0.8℃x5.4uV/℃=4.32uV,而4.32uV在鋅、鋁、銅的三個(gè)固定點(diǎn)換算成溫度分別為:4.32uV+9.64uV/9℃=0.45℃;4.32uV+10.40uV/℃=0.42℃;4.32uV+11.80uV/℃=0.37℃。由于是正偏離,而導(dǎo)致測量系統(tǒng)錯(cuò)把+0.8℃當(dāng)成0C而進(jìn)行計(jì)算,這樣會(huì)最后測得的數(shù)據(jù)偏小，誤差負(fù)向偏大。從上面的數(shù)據(jù)還可以看出對(duì)低溫影響較大,而隨著溫度升高,微分電動(dòng)勢(shì)也在變大,其倒數(shù)逐漸變小，偏離冰點(diǎn)的影響會(huì)逐漸減小。如果換算成偏離0.1℃,用上面的計(jì)算方法可以算出大約每偏離0.1℃,對(duì)測量結(jié)果會(huì)帶來0.05℃的誤差。
2.2測量端未捆扎對(duì)測量結(jié)果造成的影響
      按照規(guī)程規(guī)定,檢定過程中應(yīng)先用直徑為(0.3~0.5)mm鉑絲或鉑銠絲將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和樣品捆扎成束，再將標(biāo)準(zhǔn)偶和樣品的測量端用直徑為(0.2~0.3)mm的清潔鉑絲捆扎(2~3)圈在一起,捆扎時(shí)被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量端應(yīng)處于同--垂直平面且相互間接觸良好,測量端之外的電極不應(yīng)互相接觸。在測量端捆扎和未捆扎，而其它條件不變的情況下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
 
      由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，未按照要求進(jìn)行捆扎時(shí)的誤差與按照規(guī)程捆扎所測得的誤差有微小的偏離,最大點(diǎn)甚至偏離了0.4℃。這是由于未捆扎時(shí),很難保證熱電偶的測量端完全在檢定爐的同一垂直平面，即使有微小的偏離，也會(huì)或多或少地帶來溫差，而這個(gè)溫差隨著檢定爐有效溫區(qū)質(zhì)量的不同以及檢定環(huán)境的變化，都會(huì)給測量結(jié)果帶來不同程度的影響。
2.3測量端接線未用單股導(dǎo)線對(duì)測量結(jié)果造成的影響
      工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程規(guī)定，檢定時(shí)參考端不得使用補(bǔ)償導(dǎo)線延長，測量連接導(dǎo)線應(yīng)使用同一卷單芯銅導(dǎo)線,導(dǎo)線的線徑可選取0.7mm左右為好。分別用了0.7mm單芯銅導(dǎo)線和1.0mm多芯優(yōu)質(zhì)銅導(dǎo)線在其它條件相同的情況下做了實(shí).驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。
 
      從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,在使用單芯銅導(dǎo)線和多芯優(yōu)質(zhì)銅導(dǎo)線兩種條件下,對(duì)測量結(jié)果幾乎沒有影響。在具體的檢測中，只要所使用導(dǎo)線的電阻足夠小，熱電偶測量端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)線上損失的電壓降就會(huì)很小，以至可以忽略,這樣對(duì)測量結(jié)果就不會(huì)造成較大影響。
2.4管式爐兩端未用隔熱材料密封對(duì)測量結(jié)果造成的影響
      檢定過程中,一般情況下,管式爐的兩端應(yīng)該用隔熱材料加以密封以保證溫場的均勻性。對(duì)管式爐兩端密封和未密封兩種狀態(tài)下,不改變其它測量條件,再次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。
 
      由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到,在對(duì)管式爐兩端密封和未加密封兩種情況下，檢定結(jié)果并不存在太大差異。但是在實(shí)驗(yàn)過程中,未用隔熱材料密封時(shí)，檢定系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間明顯加長，而且如果檢定室內(nèi)有空氣流動(dòng)，比如開空調(diào)、開門等情況,會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)瓜到y(tǒng)長時(shí)間內(nèi)難以穩(wěn)定，無法進(jìn)行讀數(shù)。因此實(shí)際檢測過程中，在有條件的情況下，盡量用隔熱材料密封為好，如果不具備條件,或是隔熱材料會(huì)對(duì)人體健康存在潛在的危害,在滿足檢定環(huán)境要求的溫度、濕度前提下，要關(guān)好門窗，關(guān)閉空調(diào)等設(shè)施，確保檢定室內(nèi)空氣沒有相對(duì)流動(dòng)。
3結(jié)論
      測量審核結(jié)束后,形成測量審核報(bào)告,測量審核結(jié)果數(shù)據(jù)見表5。
 
     測量審核結(jié)果評(píng)價(jià)為滿意,因此以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論正確可靠,具有一定的參考價(jià)值。由此可以得出以下結(jié)論:
(1)用一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶校準(zhǔn)s型熱電偶時(shí),參考端偏離冰點(diǎn)不能超過規(guī)程規(guī)定的+0.05℃,否則偏離值會(huì)不同程度地附加在測量結(jié)果上。
(2)熱電偶的測量端未捆扎,即使測量端處在同一垂直平面上,也會(huì)對(duì)測量結(jié)果帶來或多或少的影響。
(3)測量端未用單股銅導(dǎo)線，而用質(zhì)量好、電阻小的多股銅導(dǎo)線,對(duì)測量結(jié)果幾乎沒有太大影響。
(4)管式爐的兩端未用隔熱材料密封，只要保證檢定室內(nèi)空氣不流動(dòng)(關(guān)閉門窗、空調(diào)等通風(fēng)設(shè)施),除了測量系統(tǒng)恒溫時(shí)間會(huì)相對(duì)加長外，對(duì)測量結(jié)果也幾乎沒有太大影響。