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[摘 要]热电偶检定系统是验证热电偶的重要设备，它保证了热电偶符合国家标准。热电偶检定系统不确定度直接影响到热电偶需要测量的工艺参数的可靠性，最终影响产品质量。本文分析了热电偶检定系统的误差來源，并对误差的不确定度进行了评价。
[关键字]热电偶 温度测量 鉴定系统
中图分类号：T3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0133-02
热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度[1]。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶[2]。
一、试验原理
用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一个对象的温度，然后比较两者示值， 以确定被检热电偶的基本误差等质量指标， 这种方法称为比较法。用比较法 校验热电偶的基本要求， 是要造成一个均匀的温度场， 使标准热电偶和被检热电偶的测量端感受到相同的温度。均匀的温度场沿热电极必须有足够的长度， 以使沿热电极的导热误差可以忽略。工业和实验室用热电偶都把管状炉作为校验的基本装置。为了保证管状炉内有足够长的等温区域， 要求管状炉内腔长度与直径之比至少为 20：1。为使被检热电偶和标准电热偶的热端处于同一温度环境中，可在管状炉的恒温区放置一个镍块， 在镍块上钻有孔， 以便把各支热电偶的热端插入其中，进行比较测量。校验时取等时间间隔，按照标准 → 被检 1→ 被检 2→···被检 n ，被检 n→ 被检 2→ 被检 1→ 标准的循环顺序读数，一个循环后标准与被检各有两个读数，一般进行两个循环的测量， 得到四次读教[3]。最后进行数据处理和误差分析求得它们的算术平均值， 比较标准与被检的测量结果。如果各个校验点被检热电偶的允许误 差都在规定范围之内，则认为它们是合格的。
二、试验方法
2.1 组件
热电偶检定系统组成有以下几个主要部件：数字多用表、自动扫描开关和热电偶温 控仪、检定炉等；其原理框图如图1所示
图1 装置原理图
2.2 设备主要指标
（1） 分辨率，0.luv （2）、切换开关寄生电势0.4iiv（3）、控温精度0.2r/roin。
（2） 髙温炉：其长度为600mm，加热管内径约为40mm， 最高均匀温场中心与炉子几何中心沿轴线上偏离不大于10rnm，在均匀温场长度不小于60mm，半径为14mm范围内，任意两点间温差不大于1 ·C（5）、偏离检定点温度±5X： [4]。
2.3 检测方法
测量不确定度的评定第一步就是概述，这个概述就是不确定度评定的输入，识别这个输入非常重要，我们要尽可能多地收集与不确定度评定有关的全部信息。不确定度评定合格与否的判定标准是根据准备开展的测量过程的计量要求经过计算得到。对于检定和校准这个测量过程，就是检定规程规定的不确定度允许值。检定规程没有明示的，我们可以以不大于1/3（一般设置为1/4）的检定规程对被检测量设备示值误差允许值为判定测量方案不确定度合格与否的依据，然后按JJF1033关于测量结果的验证规定验证合格即可。甚至也可用测量能力指数Mcp值大小确认不确定度的评定结果是否满足测量过程的计量要求。JJG617-1996第19条规定：“选用的标准器，包括整个检定设备的总不确定度应小于被检仪表允许误差的0.2，对于0.1级的被检仪表应小于其允许误差的1/3”，这是总原则。在检定时所需的标准仪器及设备表中第5项，要求直流电阻箱误差小于被检仪表允差的0.2，分辨力小于被检仪表分辨力的0.1。JJG617-1996第4.1条规定的被检仪表准确度等级“选取数为0.1，0.2，（0.3），0.5，1.0”，由此可见，仪表的最低等级为1.0级。据此，电阻箱的等级应小于0.2级，即应该选取0.1级以上电阻箱作为标准器。
注意这里规定小于被检仪表允差的0.2，若规定为不大于被检仪表允差的0.2，则可选用0.2级电阻箱。且在JJG2051-1990《直流电阻计量器具检定系统框图》中，标准电阻的最低级别为0.2级。该文中ZX25-1电阻箱的准确度级别应为0.02级，最小步进电阻为0.01Ω。
2.4 检测方法如（表1）
三、实验结果
3.1 读数标准
JF1033-2016附录C.4.3.3规定：“由于被检定或被校准的测量仪器通常具有一定的测量范围，因此检定和校准工作往往需要在若干个测量点进行，原则上对于每一个测量点，都应给出测量结果的不确定度。”JJG617-1996第25.3规定：“检定点不应少于5点，一般选择包括上、下限在内的，原则上均匀的整十或整百摄氏度点。”据此规定，量程为100℃的仪表，一般应检定0、20、40、60、80、100六个点，也可以是每隔10℃一点，共11个点。原则上应给出不少于5点的测量不确定度，具体给出典型值完整的计算过程和计算结果，其余的只给出计算结果。无论采取四次读数或两次读数，其中标准偶读数最大值和最小值两者之差不得大于 0.25℃。折合成电势值为： 400℃电势值为：±0.25×9.57=±2.393μV=±0.0024 mV
600℃電势值为：±0.25×10.21=±2.553μV=±0.0025 mV
800℃电势值为：±0.25×10.87=±2.718μV=±0.0027 mV
考虑到保证测量结果的更加准确有效，建议都控制在 2.0μV（ 0.002 mV）以内为佳。 4.4.3检定结果处理，检定结果的计算处理按照计量检定规程规定的方法和计算公式进行，其中测量记录数据 保留四位小数，计算结果有效位数的表示分别为：电势值保留四位小数，温度值保留二位小数。数据修约遵照四舍五入法则。
3.2 判定标准
按等别使用的计量标准仪器，在使用时要加修正值，修正了其因制造偏差等引起的已定系统误差。因而在评定中仅考虑其测量不确定度的大小，一般用于国家、省部级等大型校准实验室，处于国家各计量检定系统的高端。而大多数市县及企业的计量机构内基本上都是按级别使用计量标准器，在使用时一般不加修正值，所以其已定系统误差未得到修正，此时仅考虑上级传递的不确定度大小会造成不确定度评定的遗漏，将使得因标准器引入的不确定度分量变得过小。因此，必须按该级别的最大允许误差评定。
检定结果计算完毕后，按照温度偏差值判定其是否合格，其判定原则如下：
符合Ⅱ级以上判为合格，否则判为不合格。
检定点有一个点不合格，即判为不合格。
检定点有一个点为Ⅱ级时，不得判为Ⅰ级。
检定工作结束，关闭用电设备电源，自检定炉中取出被检偶与标准偶，放置（轻拿轻放， 保护标准偶及其瓷管）在不影响继续作业的空间区域降温后，小心地取出标准偶，然后将被 检偶集中放置在已检定合格区域。标准偶降温后，存放在标准器盒子中，放入仪器柜加锁保存。妥善保存好检定记录，以便日后的检索和查找。
参考文献：
[1]张雅萍.金属热电偶测量不确定度评定[J]. 品牌与标准化，2010，（4）：30-31
[2]裴桂玲.K型热电偶检定中的误差分析及不确定度评定[J]. 电子科技，2013，（3）.
[3]吕伟， 谢静， 暴鑫， 郑金娟. 热电偶用补偿导线测量结果的不确定度评定[J].中国计量，2015，（4）：97-98.
[4]刘晔. 廉金属热电偶的不确定度计算[J]. 价值工程，2016，（10）：214-215.
[关键字]热电偶 温度测量 鉴定系统
中图分类号：T3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0133-02
热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度[1]。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶[2]。
一、试验原理
用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一个对象的温度，然后比较两者示值， 以确定被检热电偶的基本误差等质量指标， 这种方法称为比较法。用比较法 校验热电偶的基本要求， 是要造成一个均匀的温度场， 使标准热电偶和被检热电偶的测量端感受到相同的温度。均匀的温度场沿热电极必须有足够的长度， 以使沿热电极的导热误差可以忽略。工业和实验室用热电偶都把管状炉作为校验的基本装置。为了保证管状炉内有足够长的等温区域， 要求管状炉内腔长度与直径之比至少为 20：1。为使被检热电偶和标准电热偶的热端处于同一温度环境中，可在管状炉的恒温区放置一个镍块， 在镍块上钻有孔， 以便把各支热电偶的热端插入其中，进行比较测量。校验时取等时间间隔，按照标准 → 被检 1→ 被检 2→···被检 n ，被检 n→ 被检 2→ 被检 1→ 标准的循环顺序读数，一个循环后标准与被检各有两个读数，一般进行两个循环的测量， 得到四次读教[3]。最后进行数据处理和误差分析求得它们的算术平均值， 比较标准与被检的测量结果。如果各个校验点被检热电偶的允许误 差都在规定范围之内，则认为它们是合格的。
二、试验方法
2.1 组件
热电偶检定系统组成有以下几个主要部件：数字多用表、自动扫描开关和热电偶温 控仪、检定炉等；其原理框图如图1所示
图1 装置原理图
2.2 设备主要指标
（1） 分辨率，0.luv （2）、切换开关寄生电势0.4iiv（3）、控温精度0.2r/roin。
（2） 髙温炉：其长度为600mm，加热管内径约为40mm， 最高均匀温场中心与炉子几何中心沿轴线上偏离不大于10rnm，在均匀温场长度不小于60mm，半径为14mm范围内，任意两点间温差不大于1 ·C（5）、偏离检定点温度±5X： [4]。
2.3 检测方法
测量不确定度的评定第一步就是概述，这个概述就是不确定度评定的输入，识别这个输入非常重要，我们要尽可能多地收集与不确定度评定有关的全部信息。不确定度评定合格与否的判定标准是根据准备开展的测量过程的计量要求经过计算得到。对于检定和校准这个测量过程，就是检定规程规定的不确定度允许值。检定规程没有明示的，我们可以以不大于1/3（一般设置为1/4）的检定规程对被检测量设备示值误差允许值为判定测量方案不确定度合格与否的依据，然后按JJF1033关于测量结果的验证规定验证合格即可。甚至也可用测量能力指数Mcp值大小确认不确定度的评定结果是否满足测量过程的计量要求。JJG617-1996第19条规定：“选用的标准器，包括整个检定设备的总不确定度应小于被检仪表允许误差的0.2，对于0.1级的被检仪表应小于其允许误差的1/3”，这是总原则。在检定时所需的标准仪器及设备表中第5项，要求直流电阻箱误差小于被检仪表允差的0.2，分辨力小于被检仪表分辨力的0.1。JJG617-1996第4.1条规定的被检仪表准确度等级“选取数为0.1，0.2，（0.3），0.5，1.0”，由此可见，仪表的最低等级为1.0级。据此，电阻箱的等级应小于0.2级，即应该选取0.1级以上电阻箱作为标准器。
注意这里规定小于被检仪表允差的0.2，若规定为不大于被检仪表允差的0.2，则可选用0.2级电阻箱。且在JJG2051-1990《直流电阻计量器具检定系统框图》中，标准电阻的最低级别为0.2级。该文中ZX25-1电阻箱的准确度级别应为0.02级，最小步进电阻为0.01Ω。
2.4 检测方法如（表1）
三、实验结果
3.1 读数标准
JF1033-2016附录C.4.3.3规定：“由于被检定或被校准的测量仪器通常具有一定的测量范围，因此检定和校准工作往往需要在若干个测量点进行，原则上对于每一个测量点，都应给出测量结果的不确定度。”JJG617-1996第25.3规定：“检定点不应少于5点，一般选择包括上、下限在内的，原则上均匀的整十或整百摄氏度点。”据此规定，量程为100℃的仪表，一般应检定0、20、40、60、80、100六个点，也可以是每隔10℃一点，共11个点。原则上应给出不少于5点的测量不确定度，具体给出典型值完整的计算过程和计算结果，其余的只给出计算结果。无论采取四次读数或两次读数，其中标准偶读数最大值和最小值两者之差不得大于 0.25℃。折合成电势值为： 400℃电势值为：±0.25×9.57=±2.393μV=±0.0024 mV
600℃電势值为：±0.25×10.21=±2.553μV=±0.0025 mV
800℃电势值为：±0.25×10.87=±2.718μV=±0.0027 mV
考虑到保证测量结果的更加准确有效，建议都控制在 2.0μV（ 0.002 mV）以内为佳。 4.4.3检定结果处理，检定结果的计算处理按照计量检定规程规定的方法和计算公式进行，其中测量记录数据 保留四位小数，计算结果有效位数的表示分别为：电势值保留四位小数，温度值保留二位小数。数据修约遵照四舍五入法则。
3.2 判定标准
按等别使用的计量标准仪器，在使用时要加修正值，修正了其因制造偏差等引起的已定系统误差。因而在评定中仅考虑其测量不确定度的大小，一般用于国家、省部级等大型校准实验室，处于国家各计量检定系统的高端。而大多数市县及企业的计量机构内基本上都是按级别使用计量标准器，在使用时一般不加修正值，所以其已定系统误差未得到修正，此时仅考虑上级传递的不确定度大小会造成不确定度评定的遗漏，将使得因标准器引入的不确定度分量变得过小。因此，必须按该级别的最大允许误差评定。
检定结果计算完毕后，按照温度偏差值判定其是否合格，其判定原则如下：
符合Ⅱ级以上判为合格，否则判为不合格。
检定点有一个点不合格，即判为不合格。
检定点有一个点为Ⅱ级时，不得判为Ⅰ级。
检定工作结束，关闭用电设备电源，自检定炉中取出被检偶与标准偶，放置（轻拿轻放， 保护标准偶及其瓷管）在不影响继续作业的空间区域降温后，小心地取出标准偶，然后将被 检偶集中放置在已检定合格区域。标准偶降温后，存放在标准器盒子中，放入仪器柜加锁保存。妥善保存好检定记录，以便日后的检索和查找。
参考文献：
[1]张雅萍.金属热电偶测量不确定度评定[J]. 品牌与标准化，2010，（4）：30-31
[2]裴桂玲.K型热电偶检定中的误差分析及不确定度评定[J]. 电子科技，2013，（3）.
[3]吕伟， 谢静， 暴鑫， 郑金娟. 热电偶用补偿导线测量结果的不确定度评定[J].中国计量，2015，（4）：97-98.
[4]刘晔. 廉金属热电偶的不确定度计算[J]. 价值工程，2016，（10）：214-215.