NiCr-CuFe低温热电偶的实验室分度方法

　　1　前　　言

　　镍铬铜铁热电偶是继镍铬金铁热电偶之后研制出来的一种新的低温热电偶,可适用于1～273 K温度范围内的测量,与金铁热偶同属于稀磁合金热偶。根据对铜铁和金铁两种稀磁热电偶的低温测量性质、机构强度以及价格差异的综合评估,铜铁稀磁热电偶成为继金铁热电偶后的一种难得的优良的低温热电偶。

　　一般的分度方法是在其使用区(4.2～273 K)温度范围内,测定45或55个分度点,再使用正交多项式最小二乘法拟合技术处理标定数据。在一定精度要求下,得到一拟合方程,再整理成曲线,作为标准的热电偶分度。

　　由于生产制作中的不确定性,在热电偶的实际使用过程中,这些标准分度仅仅只能作为参考。因为,不仅对新生产的热电偶,而且对于使用过程中的热电偶,都要定期进行周期性检定和重新分度。如果采用上述测定55个分度点的方法进行拟合,计算量大,实用性显然不够,而且,对于一般的实验室亦无条件进行如此复杂的检定与分度。国家各计量检定部门亦无法兼顾大量检定与分度精度要求不甚高的用户,因此,针对这一情况,本文提出了一种用于NiCr CuFe热电偶的简便实验室分度方法。

　　2　拟合分析

　　2.1　拟合公式

　　以铜铁13的标准分度表作为研究对象,探讨一个能在较大温度范围内的较简单热电势—温度关系式形式。具体过程如下:

　　1)在4.2～273 K范围内等距选取54个拟合点(xi,yi):

　　xi:5,10,15,…,270(K)

　　yi:相应的输出热电势值(μV)

　　2)采用正交多项式拟合的方法:

　　根据拟合曲线打印出所观察温区范围内所有对应的E T值,应满足:热电势的误差所对应的温度误差在0.5 K以内。通过计算机编程计算,获得较理想的拟合温度为30～270 K之间,其拟合方程为

　　其中　a _0,a ₁,a ₂,a ₃均已在程序中求得。

　　3)根据拟合公式算出49个拟合点的计算值,并打印出对应标准值的差。

　　检验原理:以1度为分度单位的分度表中, 1度之内E T关系可近似于线性。由上述拟合分析,可用三阶方程拟合30～273 K的铜铁热电偶E T关系。将(1)式中T换成t68单位,且在本实验中选用参考端为0℃的热电偶实验装置,则其拟合方程可简化为

　　在实验中选取合适的三点,计算出a1,a2,a3,则该温区E T关系即可确定。

　　2.2　三个检定点的选择

　　在分度检定过程中,关键是在检定点上求得三个系数后,在三个检定点上计算值与测量值的差值应较小。参考了NiCr CuFe热电偶的热电势—温度关系图,以及较多拟合点的拟合结果,发现选取70 K, 140 K, 220 K左右的三点,效果较好。在本文中,结合实验中温控的具体特点,我们选取了如下三点:液氮正常沸点77.36 K,151.11 K,230.81 K。