過程校驗儀誤差分析及核查方法的研究

牛亞琳 朱晨彬 鐘一峰 馬 超 張振彥

（上海市計量測試技術研究院，上海201203）

1 目的意義

配有熱電偶的過程校驗儀被廣泛應用于工業現場和實驗室溫度信號的測量和校準[1]，其量值準確與否，直接關系到產品的質量是否合格[2-3]，而核查過程校驗儀熱電偶檔的過程較為繁瑣，因此，本文整合多臺廉金屬熱電偶檔校準數據，在只測量上下限溫度的實際輸出溫度的情況下，使用線性擬合方法計算得出其他溫度點對應的擬合溫度，結果證明該方法適用于過程校驗儀熱電偶檔的期間核查。

2 測量原理與方法

期間核查是指為保持測量儀器校準狀態的可信度，而對測量儀器示值（或其修正值或修正因子）在規定的時間間隔內是否保持其在規定的最大允許誤差或擴展不確定度或準確度等級內的核查[4]。

而過程校驗儀的核查方法則是依據JJG617-1996《數字溫度指示調節儀檢定規程》,首先將被核查的過程校驗儀與零度恒溫箱和高精度數表通過同型號的補償導線相連，在高精度數表上讀取相應的數值，該數值為被檢儀器的實際輸出電量值；然后被檢的溫度校驗儀與零度恒溫箱和高精度直流電壓信號源通過普通導線和同型號的補償導線相連；最后讀取被檢儀器上相應的數值，該數值為被檢儀器的輸入顯示值。具體原理如圖1-2 所示[5]：

圖1 校準儀熱電偶檔測量原理

圖2 校準儀熱電偶檔輸出原理圖

3 數據分析

本文整理了40 臺相同準確度等級的過程校驗儀的廉金屬熱電偶校準數據，對其測量誤差進行數據分析。

3.1 誤差分析

從這些數據中發現，其不同分度號的廉金屬熱電偶輸出的溫度值基本呈線性分布, 圖3 為K 型熱電偶輸出電壓誤差示意圖。

而對過程校驗儀所有分度號的熱電偶進行全溫度段的校準需要不同分度號的補償導線，且過程又極為繁瑣，不利于在日常進行期間核查工作的展開。

因此考慮使用量程上限與下限附近對應的毫伏值誤差來估算全量程段的誤差，以達到在日常管理或者期間核查過程中快速驗證校驗儀工作狀態的目的。

圖3 K 型熱電偶輸出電壓誤差示意圖

3.2 擬合數據與實測數據的極差

使用上述方法計算分析后，這40 臺相同準確度等級的過程校驗儀的廉金屬熱電偶擬合數據與實測數據的極差值如表1所示。

3.3 不確定度分析

本文的不確定度計算包括A 類不確定度和B 類不確定度，其中A 類不確定度是由測量過程的重復性引起的，B 類不確定度是由標準器誤差、被檢設備分辨率、擬合值與實測值的極差、冰瓶0℃誤差引起的。

3.3.1 數學模型

式中：e線性擬合（t）- 利用線性擬合法計算出的溫度點t 的熱電動勢

表1 廉金屬熱電偶擬合數據與實測數據的極差值

表2 過程校驗儀廉金屬熱電偶檔數據分析

e實際測量（t）- 被測熱電偶在需測溫度點t 的熱電動勢

3.3.2 標準不確定度匯總表

輸出量的標準不確定度匯總與表，見表2。

4 結論

本文基于整理的多臺過程校驗儀K 型、T 型、E 型、J 型廉金屬熱電偶檔的校準數據，使用量程上限與下限附近對應的毫伏值誤差來估算全量程段的誤差，經過分析計算后得出以下結論：

（1）廉金屬熱電偶輸出的電壓誤差值均基本呈線性分布。

（2）廉金屬熱電偶擬合數據與實測數據的極差值較小。

由以上結論可得出此方法適用于過程校驗儀廉金屬熱電偶檔的核查。