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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析（請教） [打印本頁]

作者: ksjlszlb 時(shí)間: 2011-11-29 09:23
標(biāo)題: 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析（請教）
請問標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度怎么分析：
我使用的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為云南昆明特普瑞產(chǎn)的WZPB-2，測溫儀表為FLUKE1529。
我想請教的是用該套儀器在-180~420℃使用范圍內(nèi)的各典型點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量？

作者: yunrun 時(shí)間: 2018-5-18 16:24
本文在0-429.527℃溫度范圍內(nèi)以一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為例來分析標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)、鋅凝固點(diǎn)、錫凝固點(diǎn)的測量結(jié)果不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)是傳遞-189.3442℃~660.323℃溫度范圍內(nèi)國際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器，0-429.527℃溫度范圍是經(jīng)常使用的溫度范圍。二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在很多企業(yè)、事業(yè)單位特別是計(jì)量、電力、熱工等行業(yè)被廣泛應(yīng)用，其準(zhǔn)確可靠甚為重要，本文以一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為例來分析標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果不確定度。
標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)不確定度yunrun.com.cn/tech/1981.html
標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在0-429.527℃溫度范圍的檢定工作是在三個(gè)固定點(diǎn)中進(jìn)行的，這三個(gè)固定點(diǎn)分別為：水三相點(diǎn)、錫凝固點(diǎn)、鋅凝固點(diǎn)。水三相點(diǎn)是國際溫度定義的固定點(diǎn)，其測量的電阻值即為該溫度點(diǎn)的測量結(jié)果；而其它固定點(diǎn)的測量結(jié)果是用W=f(R,Rtp)=R/Rtp表示的，與水三相點(diǎn)的電阻值有關(guān)，其測量結(jié)果不確定度分量與水三相點(diǎn)的不確定度分量是不一樣的。本文對二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果不確定度評定分為：水三相點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定與其它固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。

水三相點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
水三相點(diǎn)是國際溫度定義的固定點(diǎn)，其測量值即為其測量結(jié)果。
1、二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
①二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)分度的復(fù)現(xiàn)性u1
二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)檢定過程中，受電測儀器噪聲的影響以及復(fù)現(xiàn)過程的不重復(fù)性，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的短期不穩(wěn)定性等因素，會(huì)導(dǎo)致溫度計(jì)在水三相點(diǎn)的不確定度，根據(jù)反復(fù)測量多支溫度計(jì)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)的短期復(fù)現(xiàn)性為0.5mK，則A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.5mK。

②二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在測量時(shí)的自熱影響u2
溫度計(jì)在測量時(shí)，通過的電流為1mA，通過對多支溫度計(jì)自熱的測量數(shù)據(jù)外推和不外推的結(jié)果比較與統(tǒng)計(jì)，自熱效應(yīng)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u2=0.30mK。

2、水三相點(diǎn)本身引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可分為以下三部分：
①水三相點(diǎn)容器本身通過比對可產(chǎn)生0.3mK的誤差，取均勻分布，則由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

②由一等標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)分度可產(chǎn)生0.5mK的誤差，取均勻分布，則由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u4=0.29mK。
③由測量設(shè)備的擴(kuò)展不確定度引起水三相點(diǎn)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5
測量二等鉑電阻溫度計(jì)的電測設(shè)備一般是測溫電橋及配套標(biāo)準(zhǔn)電阻，電橋的不確定度，測量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度變化，各類電干擾以及人員讀數(shù)誤差都會(huì)影響水三相點(diǎn)溫度，約為0.3mK，取均勻分布，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度評定
①合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及有效自由度計(jì)算
由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量彼此不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

②確定擴(kuò)展不確定度
確定擴(kuò)展不確定度U=kuc，取k=2，U=1.4mK。

其它固定點(diǎn)的的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
在確定固定點(diǎn)測量值時(shí)，通常使用的裝置有固定點(diǎn)容器，控溫定點(diǎn)爐，水三相點(diǎn)容器以及電測設(shè)備等，它們都會(huì)對測量產(chǎn)生影響，下面是鋅凝固點(diǎn)各因素對WZn的擴(kuò)展不確定度的影響。
1、鋅凝固點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
①測量數(shù)學(xué)模型、靈敏系數(shù)及合成方差
根據(jù)ITS-90溫標(biāo)定義，在鋅凝固點(diǎn)測量結(jié)果表示為WZn，
WZn=f(RZn，Rtp)=RZn/Rtp  ---------------------公式1。公式1中：RZn為一等鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)測得的電阻值；Rtp為一等鉑電阻溫度計(jì)鋅凝固點(diǎn)測量后用同一臺(tái)電測設(shè)備在水三相點(diǎn)測得的電阻值。
對公式1全微分可得
  -----------------公式2。將公式2等式兩邊同時(shí)除以dWZn/dt，變化后可以得到：
------------------------------公式3。公式3中，h=WZn×dWtp/dt］/［dWZn/dt］
由于鋅凝固點(diǎn)與水三相點(diǎn)的測量互不相關(guān)，其合成方差為：

靈敏系數(shù)：c1=1，c2=h=2.9

②二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
a、溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)分度的復(fù)現(xiàn)性u1
二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)檢定過程中，受電測儀器噪聲的影響以及復(fù)現(xiàn)過程的不重復(fù)性，水三相點(diǎn)不重復(fù)性，溫度計(jì)的短期不穩(wěn)定性等因素，會(huì)導(dǎo)致溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)測量的不確定度，根據(jù)反復(fù)測量多支溫度計(jì)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)的短期復(fù)現(xiàn)性為1.8mK，則A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=1.8mK。
b、溫度計(jì)在測量時(shí)的自熱影響u2溫度計(jì)在測量時(shí)，通過的電流為1mA，檢定結(jié)果通常不外推零電流，通過對多支溫度計(jì)自熱的測量數(shù)據(jù)外推和不外推的結(jié)果比較與統(tǒng)計(jì)，自熱效應(yīng)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u2=0.55mK。

③由凝固點(diǎn)裝置帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
a、鋅凝固點(diǎn)容器引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3
固定點(diǎn)容器所使用的純金屬中所含的雜質(zhì)，充入氣壓不準(zhǔn)以及靜壓修正量不準(zhǔn)都會(huì)對凝固點(diǎn)溫度產(chǎn)生影響，我們使用FLUKE公司的固定點(diǎn)裝置，容器是密封的，金屬不易受污染及氧化，長期穩(wěn)定性好，可以作為工作基準(zhǔn)溫度計(jì)考核容器，相差約在2mK以內(nèi)，取均勻分布，則由容器本身帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

b、由一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4
在二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)裝置鋅容器的使用中，用已分度的一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行考核。上級(jí)檢定一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度U=4.4mK，k=2，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u4=2.2mK。
c、檢定時(shí)凝固點(diǎn)溫坪的影響u5
定點(diǎn)爐溫度設(shè)定，溫場波動(dòng)，熱傳導(dǎo)等因素會(huì)對凝固點(diǎn)溫坪質(zhì)量產(chǎn)生1mK的影響，考慮均勻分布，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
d、由測量設(shè)備的擴(kuò)展不確定度引起鋅凝固點(diǎn)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6
測量二等鉑電阻溫度計(jì)的電測設(shè)備一般是測溫電橋及配套標(biāo)準(zhǔn)電阻，電橋的不確定度，測量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度變化，各類電干擾以及人員讀數(shù)誤差都會(huì)影響鋅凝固點(diǎn)溫度，約為0.5mK，取均勻分布，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

④由水三相點(diǎn)本身引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
由于水三相點(diǎn)瓶中微量殘余氣體，水中雜質(zhì)、水分子中氫與氧同位素成分的影響，靜壓力修正不準(zhǔn)、分度、傳遞誤差等原因，都會(huì)引起實(shí)際的溫度與理想的水三相點(diǎn)溫度的偏離。水三相點(diǎn)本身引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可分為以下兩部分：
a、三相點(diǎn)容器本身通過比對可產(chǎn)生0.3mK的誤差，取均勻分布，則由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

b、由一等標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)分度可產(chǎn)生0.5mK的誤差，取均勻分布，則由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u8=0.29mK。
⑤合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度評定
a、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及有效自由度計(jì)算由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量彼此不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

b、確定擴(kuò)展不確定度確定擴(kuò)展不確定度U=kuc，取k=2，U=6.8mK。

2、錫凝固點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度評定
表1列出了二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)、錫凝固點(diǎn)的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量、合成不確定度及擴(kuò)展不確定度。
表1 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在鋅凝固點(diǎn)、在錫凝固點(diǎn)不確定度一覽表

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序號(hào)  不確定度分量來源ui    類別    靈敏系數(shù)       鋅凝固點(diǎn)ui(mK)       靈敏系數(shù)       錫凝固點(diǎn)ui(mK)
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1    鋅凝固點(diǎn)分度的復(fù)現(xiàn)性    A          c1=1          1.8                            c1=1             1.0
2    自熱效應(yīng)引起的             A          c1=1          0.55                         c1=1             0.45
3    鋅凝固點(diǎn)容器引起的       B          c1=1          1.2                            c1=1             0.87
4    由一等標(biāo)準(zhǔn)傳遞引起的    B          c1=1             2.2                            c1=1          1.5
5    凝固點(diǎn)溫坪的影響          B          c1=1          0.58                         c1=1          0.58
6    電測設(shè)備引起的             B          c1=1             0.29                         c1=1             0.29
7    水三相點(diǎn)容器引起的       B          c2=2.9          0.17                         c2=2.0          0.17
8    由一等標(biāo)準(zhǔn)傳遞引起的    B          c2=2.9          0.29                         c2=2.0          0.29
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
9    合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度                   3.4                         2.4
10 擴(kuò)展不確定度                         6.8，k=2             4.8，k=2
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作者：河南省計(jì)量科學(xué)研究院吳勤

作者: Juncy 時(shí)間: 2020-1-15 17:13

yunrun 發(fā)表于 2018-5-18 16:24
本文在0-429.527℃溫度范圍內(nèi)以一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為例來分析標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì) ...

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