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基于ISO GUM法的温度巡检仪测量不确定度的研究

尹跃 梁兴忠 陈杰 马嫣 张虎 张炯 孔飞

尹跃,梁兴忠,陈杰,等. 基于ISO GUM法的温度巡检仪测量不确定度的研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 60-67 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0229
引用本文: 尹跃,梁兴忠,陈杰,等. 基于ISO GUM法的温度巡检仪测量不确定度的研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 60-67 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0229
YIN Yue, LIANG Xingzhong, CHEN Jie, MA Yan, ZHANG Hu, ZHANG Jiong, KONG Fei. Study on the Measurement Uncertainty of Temperature Itinerant Detecting Instruments Based on ISO GUM Method[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 60-67. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0229
Citation: YIN Yue, LIANG Xingzhong, CHEN Jie, MA Yan, ZHANG Hu, ZHANG Jiong, KONG Fei. Study on the Measurement Uncertainty of Temperature Itinerant Detecting Instruments Based on ISO GUM Method[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 60-67. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0229

基于ISO GUM法的温度巡检仪测量不确定度的研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0229
基金项目: 山东省质量技术监督管理局重点研发项目(2017KY01Z10)。
详细信息
    作者简介:

    尹跃(1981-),山东省计量科学研究院高级工程师,研究方向:热工计量,邮箱31449517@qq.com

    通讯作者:

    张炯(1971-),济南长峰志远仪表科技有限公司总经理,研究方向:热工计量技术及温度源研发,邮箱:18678786310@163.com

Study on the Measurement Uncertainty of Temperature Itinerant Detecting Instruments Based on ISO GUM Method

  • 摘要: 针对温度巡检仪计量检定的量值准确性问题,参考现有技术规范的测量模型,建立了温度巡检仪中低温传感器和高温传感器新的测量数学模型,采用GUM法对温度巡检仪进行了测量不确定度评定,为完善温度巡检仪量值溯源及传递体系提供了技术依据,也为温度巡检仪校准规范的修订提供必要技术支持。结果表明:基于GUM法的不确定度主要来源于温度巡检仪示值和恒温源的性能;中低温铂电阻传感器在−80 ℃~600 ℃范围内,测量不确定度为0.03 ℃~0.07 ℃(k=2);高温热电偶传感器在600 ℃~1000 ℃范围内,测量不确定度为0.8 ℃(k=2)。选用盐浴恒温槽可以大大提高传感器在300 ℃~600 ℃温度段的校准水平。
  • 图  1  GUM法评定不确定度流程图

    Figure  1.  Flow chart for measurement uncertainty evaluation by the GUM method

    图  2  温度巡检仪测量不确定度鱼骨图(中低温传感器)

    Figure  2.  Fishbone diagram for uncertainty evaluation of temperature itinerant detecting instruments(Pt100)

    图  3  温度巡检仪测量不确定度鱼骨图(高温传感器)

    Figure  3.  Fishbone diagram for uncertainty evaluation of temperature itinerant detecting instruments(TCK)

    表  1  温度巡检仪校准装置标准器及配套设备列表

    Table  1.   List of calibration devices, standards, and supporting equipment of temperature itinerant detecting instruments

    序号设备名称技术要求用途
    1标准铂电阻温度计二等;测温范围:−189.3442 ℃~419.527 ℃标准器
    2标准铂电阻温度计二等;测温范围:0.01 ℃~660.323 ℃
    3标准铂铑10-铂热电偶一等;测温范围:300 ℃~1300 ℃
    4纳伏/微欧表DCR: 1 ~ 1000 Ω,MPE:±(0.0060%×读数+0.0002%×量程)电测
    5数字多用表DCV: 0~100 mV,MPE:±(37×10−6×读数+9×10−6×量程)
    6智能精密低温槽测量范围: −80 ℃~100 ℃;均匀性:±0.003 ℃波动度:±0.005 ℃/10 min恒温源
    7智能精密油槽测量范围: 90 ℃~300 ℃;均匀性:±0.006 ℃波动度:±0.005 ℃/10 min
    8盐浴恒温槽测量范围: 300℃~670℃;均匀性:±0.025 ℃波动度:±0.025 ℃/10 min
    9卧式检定炉测量范围: 300 ℃~1100 ℃;温度波动度:±0.1℃/min;
    轴向均匀性:温差绝对值≤0.5 ℃;径向均匀性:温差绝对值≤0.25 ℃
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    表  2  温度巡检仪测量重复性

    Table  2.   Measurement repeatability of temperature itinerant detecting instruments

    次数测试点/℃
    −80−300100200300600(盐浴槽)600(检定炉)8001000
    1−80.04−30.030.03100.01200.02299.94599.89598.91799.17998.81
    2−80.03−30.040.02100.04199.98299.95599.87598.97799.17998.71
    3−80.04−30.030.04100.05199.96299.91599.91598.89799.20998.66
    4−80.03−30.050.03100.06199.97299.94599.85598.98799.29998.84
    5−80.04−30.040.04100.05199.96299.90599.89598.90799.14998.72
    6−80.03−30.040.03100.06199.97299.96599.92599.00799.25998.65
    7−80.03−30.030.03100.05199.96299.95599.89598.89799.34998.81
    8−80.03−30.040.04100.04199.97299.92599.88598.93799.23998.65
    9−80.04−30.050.05100.03199.95299.94599.89598.89799.30998.62
    10−80.02−30.030.04100.02199.96299.92599.90598.83799.27998.69
    s0.00670.00790.00850.01660.01940.01950.01970.05150.06540.0781
    $ {u_1} $0.00340.00390.00420.00830.00970.00970.00980.0260.0330.039
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    表  3  电测仪表测量引入的不确定度(Pt100)

    Table  3.   Measurement uncertainty introduced by electrical measuring instrument(Pt100)

    测试点/℃−80−300100200300600
    标准不确定度$ {u_6} $/℃0.0070.0090.0100.0130.0170.0200.029
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    表  4  标准热电偶测量重复性

    Table  4.   Measurement repeatability of standard thermocouple

    次数 测试点/℃
    600(检定炉)8001000
    15.2247 mV7.3380 mV9.5744 mV
    25.2257 mV7.3386 mV9.5759 mV
    35.2242 mV7.3392 mV9.5762 mV
    45.2244 mV7.3372 mV9.5768 mV
    55.2255 mV7.3398 mV9.5730 mV
    65.2242 mV7.3381 mV9.5755 mV
    75.2251 mV7.3380 mV9.5752 mV
    85.2251 mV7.3371 mV9.5756 mV
    95.2247 mV7.3379 mV9.5752 mV
    105.2242 mV7.3387 mV9.5761 mV
    $ \bar x $5.2248 mV7.3383 mV9.5754 mV
    s0.5514 μV0.8383 μV1.066 μV
    $ {u'_5} $0.04 ℃0.04 ℃0.05 ℃
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    表  5  电测仪表测量引入的不确定度(TC)

    Table  5.   Measurement uncertainty introduced by electrical measuring instrument(TC)

    测试点/℃6008001000
    最大允许误差±1.09 μV±1.17 μV±1.25 μV
    $ {u'_6} $0.06 ℃0.06 ℃0.06 ℃
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    表  6  恒温装置为恒温槽时标准不确定度评定(中低温传感器)

    Table  6.   Uncertainty evaluation of standards using thermostatic bath as the constant temperature device(Pt100) /℃

    标准不确定度来源−80−300100200300600
    测量重复性0.00350.00390.00430.00830.00940.00990.0088
    温度巡检仪分辨力0.00580.00580.00580.00580.00580.00580.0058
    标准铂电阻温度计校准0.0030.0030.0030.0030.0030.0030.003
    标准电阻温度计稳定性0.00580.00580.00580.00580.00580.00580.0058
    水三相点0.00080.00080.00080.00080.00080.00080.0008
    电测设备测量误差0.0070.0090.0100.0130.0170.0200.029
    恒温液槽均匀性0.00580.00580.00580.00580.00580.00580.0058
    恒温液槽波动性0.00580.00580.00580.00580.00580.00580.0058
    合成标准不确定度0.0140.0160.0160.0200.0230.0250.033
    扩展不确定度(k=2)0.030.030.030.040.050.050.07
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    表  7  恒温装置为卧式检定炉时标准不确定度评定(高温传感器)

    Table  7.   Uncertainty evaluation of standards using thermocouple calibration furnace as the constant temperature device(TCK) /℃

    标准不确定度来源6008001000
    测量重复性0.0260.0330.039
    温度巡检仪分辨力0.00580.00580.0058
    标准铂铑10-铂热电偶检定结果0.250.250.25
    标准铂铑10-铂热电偶年稳定性0.240.240.24
    标准铂铑10-铂热电偶测量重复性0.040.040.05
    电测仪表测量误差0.060.060.06
    炉内均温块径向温场不均匀0.1210.1210.121
    炉内均温块轴向温场不均匀0.0580.0580.058
    炉温波动0.1500.1500.150
    转换开关读数寄生电势0.0250.0250.025
    热电偶参考端温度不均匀0.030.030.03
    合成标准不确定度0.410.410.41
    扩展不确定度(k=2)0.80.80.8
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  • 网络出版日期:  2022-12-27
  • 刊出日期:  2023-01-18

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