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热电偶校正结果不一致的排查及延伸
点击次数:1088 发布时间:2016-12-22

  铠装热电偶广泛用于工业生产,做好铠装热电偶的量传工作有利于保障工业生产的顺利进行。本实验室在一次校准工作中发现,不同标准装置测量同一支热电偶的测量结果差异明显, 接着设计多种实验,希望能找出存在差异的原因,有利于本实验室开展准确可靠的校准工作。
一、出现差异
JJF1262-2010 《铠装热电偶校准规范》适用于测温范围 -40℃~1100℃ 的铠装廉金属热电偶的校准。 规范要求测量 300℃ 以下的时候, 采用二等标准铂电阻作标准,各种恒温槽作温源;在 300℃ 以上采用标准铂铑 10- 铂热电偶作标准,热电偶检定炉作温源。本次实验温度在 300℃ 对一支使用中的 Φ2mm×2m 的 K 型铠装热电偶(与高精密数字温度采集仪配套使用),分别用油槽配套二等标准铂电阻和带等温块的热电偶检定炉配套一等标准铂铑 10- 铂热电偶作测试。 所得结果如表 1 所示。

从表 1 可以看出,两者校准的结果相差 2.7℃ ,超过两者的合成扩展不确定度 0.81℃ (约为 0.9℃ )。
二、排查原因
本实验室按照验证示值误差—— — 验证标准—— —验证检定炉的温场—— — 验证测量方法—— — 分析被检特性的顺序,设计以下实验,排查出现差异的原因。
1. 验证示值误差
在锌固定点检定炉测量被检偶 (置于石英套管中)的示值误差,得到结果为 0.0℃ 。
根据热电偶的误差存在一定的线性规律,推断二等标准铂电阻与油槽配套的校准装置所得的数据较接近真实值,因此重点分析热电偶与检定炉配套的校准装置。
2. 验证标准热电偶
在锌固定点检定炉测量标准热电偶(置于石英套管中)的热电动势值,结果如下:
测量值: 3.4434mV ;证书值: 3.4438mV 。两者测量结果相差仅有 0.0004mV(约0.04℃ ),因此可忽略标准热电偶的影响因素。
3. 验证热电偶检定炉温场
( 1 )径向温场的影响:将标准偶与被检偶置于同一等温孔内,测得被检偶误差为 +2.5℃ 。
( 2 )轴向温场的影响(见表 2 )。

从表 2 分析得出, 本实验室的检定炉在安装等温块后, 仅方法二在距孔底距离 30mm 时超出了规范要求。总体来看,检定炉的温场基本满足规范的要求,不是主要影响因素。
4. 验证测量方法
向标准偶套管与等温块测温孔填充碳化硅粉末,得出被检偶的误差为 +2.7℃ 。 可以看出由于标准偶深插孔底,炉口用石棉紧堵,漏热的影响也不大。
5. 验证被检偶的测量重复性
将被检偶放入热电偶检定炉, 在 300℃ 下独立重复测量 5 次,结果如表 3 所示。

6. 验证被检偶热电均匀性
把热电偶以不同深度浸没于 250℃ 的恒温油槽中,得到实验结果如图 1 所示。

由图 1 可看出, 被检偶的浸没深度对示值误差的影响十分大,反映其热电均匀性存在问题。 当浸没深度达到 35cm 时, 所测结果才接近使用锌固定点装置测量的温度。
三、实验拓展
为了进一步研究热电均匀性对示值误差的影响,本实验室选取 4 支新制热电偶做了以下实验:
1. 热电偶特征描述
外径: 2mm ;长度: 2m ;绝缘电阻: >2000MΩ 。
2. 热电偶的处理
在本实验室 60cm 的热电偶检定炉中 (插入深度30cm )升温至 600℃ 后随炉冷却至室温;然后将冷端置于冰点恒温器,分别在 60cm 的热电偶检定炉(长炉)与 40cm 的热电偶检定炉 (短炉) 测量 300℃ 的示值误差,结果如表 4 所示。

3. 热电均匀性的观察
把热电偶以不同深度浸没于 300℃ 的恒温油槽中,得到实验结果如表 5 所示。
通过改变热电偶浸没深度的方法,可观察到这些热电偶存在热电不均匀性。因此使用不同长度的检定炉所得的示值误差存在较大的差异。

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