BWK-702热电偶检测时的误差分析

在工业热电偶的检定规程中，对工业热电偶的检定装置及配套仪器都有明确的技术性能及不确定度要求，而检定过程中检定装置是由多种测试仪器组成的，我们单位采用的工业热电偶的检定装置是由BWK-702控温装置，一等铂铑₁₀－铂标准热电偶、管式检定炉、UJ51直流电位差计、B4-65转换开关、AC15-4检流计、BC8型标准电池及其他辅助设备组成的。

1  热电偶检定装置的误差分析

1.1 室温变化所引起的误差

在检定过程中，室内温度的变化是造成测量误差的必然因素。要定量分析这种误差是很困难的，当温度波动很大时，它对测量结果有很大影响，在测量过程中是必须考虑的，其值的估计可根据具体情况来定。

1.2 测量仪器造成的误差

1.2.1 直流电位差计的允许基本误差e₀

规程中规定“检定Ⅰ级热电偶需配不低于0.02级的低电势直流电位差计。”热电偶的检定装置选用的是UJ51型低电势直流电位差计，准确度0.01级。符合热电偶检定规程，在测量电压时，室温保证在20±5℃，相对湿度≤80％的情况下，其允许基本误差符合以下计算公式：

|e₀|≤10^-6＋10^-4 Ux

上式中的|e₀|是允许基本误差（V），Ux是测量盘示值（V）。

1.2.2 标准电池温度补偿盘造成的误差e₁

标准电池选用的是BC8型，经检定：20℃时的电动势为1.018650V，因标准电池的电动势是随温度变化的，所以必须修正。具体利用电位差计上的温度补偿盘进行修正，UJ51型直流电位差计的温度补偿范围为1.01800～1.01900V，温度补偿盘的步进值为10μV，且各示值相对与参考值1.018650V的相对误差≤±0.001％。

1.2.3 转换开关的寄生电动势e₂

为了实现同时检定多支热电偶的需要。在测量回路中连接多点转换开关，多点转换开关的寄生电动势应尽量小，以减小测量的附加误差，根据规程的要求，检定廉价金属热电偶的多点转换开关寄生电动势应≤0.50μV。

1.2.4 检流计分辨率也会带来误差，由于误差很小，可忽略不计。

1.3 热电偶的传递误差e₃

为了准确地进行量值传递，必须分析标准偶的传递误差。本装置的标准器为一等标准铂铑10－铂热电偶，产生其误差的因素主要有以下几个方面：

⑴铂铑₁₀－铂标准热电偶组的传递误差σ₁＝2.0μV，这是量传过程中不可避免的。

⑵分度时因操作影响而出现的误差σ₂＝2.5μV，这是操作者所造成的。

⑶热电偶短期稳定性误差σ₃＝8.0μV，这是由热电偶本身的特性决定的。

⑷内插计算误差σ₄，这个误差可以忽略不计。

⑸测量仪器的误差σ₅，以上的误差分析均含有仪器的误差。

1.4 热电偶测量会里的寄生电动势e₄

检定方法采用双极法，在用直流电位差计测量电压时，和标准热电偶构成回路其中包括连接导线，经实际测量，得到回路的寄生电动势均为0.50μV。

1.5 热电偶冷端不在摄氏零度时所引起的误差e₅

热电偶检定规程中允许在检定Ⅰ级镍铬－镍硅热电偶时，其参考端可置于室温中，但在计算检定结果时应将其修正到0℃，由此所引起的误差约5.00μV。

2  装置的误差计算及合成不确定度U的估计

利用一等铂铑₁₀－铂热电偶检定Ⅱ级镍铬－镍硅热电偶时，规程中规定了4个检定点，其温度分别是400℃、600℃、800℃、1000℃，现以测量端温度是1000℃为例，对上述各项误差进行定量分析，各项误差均以统一单位℃表示。

2.1 由于室温的变化所引起的误差

这种误差如果定量分析是非常困难的，但可以从控制室内温度的变化来着手，若将室温的变化限制在一定的范围内，就可达到消除该项误差的目的，用BWK-702型热电偶检定装置进行检定时，当将室温控制在20±5℃以内时，此项误差可以忽略，否则不能忽略。

2.2 测量仪器的误差

⑴直流电位差计的允许基本误差e₀

热电偶的测量端温度为1000℃，直流电位差计的测量电压为76.725μV，由前可知计算公式：|e₀|≤10^-6＋10^-4 Ux。

式中Ux＝41.27mV＝41.27×10^-3V

∴|e₀|＝（10^-6＋10^-4 ×76.725×10^-3）V

        ＝8.6725×10^-6V＝8.6725μV，相当于0.2℃，因为1℃相当于0.039mV。

⑵由于温度补偿所造成的误差e₁

温度补偿盘的相对误差为±0.001％，所以不修正的标准电池电动势为10μV，相当于0.3℃，由此所造成的误差e₁约为5.00μV，相当于0.120℃。

⑶转换开关的寄生电动势e₂

检定时所用的转换开关是B4-65型，而B4-65型转换开关的寄生电动势经过测试约为0.10μV，所以|e₂|＜0.100μV，相当于0.002℃。

2.3 标准偶的极限误差e₃

以上我们分析了造成传递误差的因素，下面我们计算一等标准偶的极限误差，应着重指出这个误差是指对国际温标的传递误差，通常以极限误差表示。检定一等标准铂铑₁₀－铂热电偶用的是一等铂铑₁₀－铂热电偶标准组，极限误差σ1＝2.0μV；操作误差取两次分度允差的一半，一等标准热电偶规定两次分度之差不超过5μV，故σ2＝2.5μV，短期稳定性以监督性校验为依据。一等标准热电偶的监督性校验规定不超过8μV ，即σ3＝8.0μV，内插计算误差可忽略不计，如把热电偶的长期稳定性与均匀性控制在较小的范围内，则总误差：

，相当于0. 220℃ 。

2.4 测量回路的寄生电动势e₄

由上面知：e₄＝0.5μV，相当于0. 012℃ 。

2.5 冷端不在零度时的误差e₅

由上面知：e₅＝5μV，相当于0. 120℃ 。

2.6扩展不确定度的计算

通过上述各项误差的定量分析，我们得到了各项误差限，由此即可确定装置的合成不确定度Uc，采用方和根法计算：

U₉₉=3U_c=3×0.34=1.02℃ 。

3  结  论

BWK-702热电偶检定装置的合成不确定度通过上面的误差分析和计算而得到，当被检定的热电偶测量端温度为1000℃时的装置合成不确定度U＝0.34℃，热电偶规程中规定：工业用镍铬－镍硅热电偶的允许误差分别为：测量点温度＞400℃时，Ⅰ级热电偶的允许误差为±0.4％t℃，Ⅱ级热电偶的允许误差为±0.75％t℃，所以当热电偶测量端温度为1000℃时，Ⅰ、Ⅱ级热电偶的允许误差分别为±4.0℃和±7.5℃，均大于该装置的扩展不确定度，所以用BWK-702型热电偶检定装置传递工业用镍铬－镍硅热电偶符合量值传递的要求。