基于热电偶温度测量结果的不确定度评定研究

　　1　测量方法及数学模型

　　长度实物标准器高精度测量过程中,基于其温度变化的特点,温度测量系统采用热电偶结合铂电阻温度计实现。热电偶测量端贴在被测体表面,参考端放 置在恒温油槽中(20℃),参考端温度由铂电阻和精密电桥测量得到,热电偶两端的热电势差采用高精度电压表测量。两端的测量热电势和温度差值之间通过标 定,得到拟合计算公式,最终通过测量热电偶两端的温度差和参考端的温度计算得到所测量温度。

　　温度测量计算公式:

　　式中,T为测量温度;Ts为参考端温度;E为热电偶两端热电势;a为标定时由两端热电势和温度差值,通过最小二乘法拟合得到热电偶两端温度计算公式后的直线斜率;b为标定时由两端热电势和温度差值,通过最小二乘法拟合得到热电偶两端温度计算公式后的直线截距。

　　2　方差和灵敏系数

　　3　各分量标准不确定度

　　3. 1　参考端温度测量不准引入u(ts)

　　3. 1. 1　参考端电桥测量引入u(tsl)

　　测温电桥准确度指标为2×,在20℃附近一等标准铂电阻阻值为27Ω,则电阻值变化为δ=±27×2×=0·54×。则温度变化范围为±0. 54 mK,是正态分布。

　　3. 1. 2　铂电阻本身引入的u(ts2)

　　采用通过检定的一等标准铂电阻测量参考端的温度,是正态分布。

　　3. 1. 3　参考端油槽温度不均匀引入的u(ts3)

　　油槽中各点温度不等,以及铂电阻测量的温度点与热电偶参考端位置不同,造成参考端温度测量不准引入误差,通过实验测量得到油槽中各点温度差不超过1mK。为均匀分布。

　　3. 2　由测量热电势不准引入u(E)

　　3. 2. 1　纳伏计测量误差引入的u(E1)

　　依据纳伏计指标,测量电压引起的最大误差为±15 nV。

　　考虑纳伏计各通道零位数值的变化,根据实验测量数据得到每通道零位差值标准差为5nV,以3σ计,则为±15 nV。

　　3. 2. 2　多路转换开关引入u(E2)

　　转换开关所产生的寄生电势Δu<30nV,假定均匀分布,则。

　　其估算的不可靠程度为50%,自由度为ν(E2)=1/2/0·=2

　　3. 2. 3　热电偶本身热电动势不稳定和漂移引入u(E3)

　　由于热电偶在18~21℃温度范围内使用,通过实验测量其不稳定性和漂移误差为±90nV,均匀分布。。

　　其估算的不可靠程度为20%,自由度为ν(E3)=1/2/0·=12

　　3. 3　由斜率a和截距b的误差引入u(a)、u(b)