热电偶测温系统的不确定度评定与分析

　　温度是化工、冶金、动力等生产过程中最重要的过程参数之一, 生产中各种工艺过程都是在一定的温度下进行, 因此, 温度的准确测量与控制在工业生产中有着极其重要的作用, 是确保生产过程优质、高产、低耗和安全的一项重要技术. 目前, 热电偶是在科研和生产过程中进行温度测量时应用最普遍、最广泛的温度测量元件[ 1] . 它具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、热惯性小等优点. 它既可以用于流体温度测量, 也可以用于固体温度测量; 既可以测量静态温度, 也能测量动态温度. 且能直接输出直流电压信号, 或方便地转换成线性化的直流电流信号, 可以远传, 便于集中检测和自动控制.

　　目前, 对于热电偶测温的研究多集中在为实现特定测量对象的系统组建和调试[ 2-3] , 及单个测量组成单元的分析[ 4-6] , 比如热电偶型号、补偿导线和显示单元等的配套选择和误差分析, 但是, 对整个测温系统性能的研究还比较少. 本文根据ISO 标准/ Guide tothe Expression of Uncertainty in Measurement 0( GUM) [ 7] 和国家计量技术规范JJF1059 – 1999/ 测量不确定度评定与表示0[ 8] 的规定, 给出了典型热电偶测温系统的不确定度评定的方法和步骤, 研究了各不确定度分量对测量的影响, 并提出了减少不确定度的相关措施, 为热电偶的优化测量提供了依据.

　　1 不确定度及其评定方法

　　测量不确定度( 简称不确定度) 定义为表征合理地赋与被测量值的分散性并与测量结果相联系的参数, 或对测量结果的可靠性和有效性的怀疑程度或不能肯定的程度, 是可定量地用于表达被测参量测量结果分散程度的参数. 这个参数可以用标准偏差表示,也可以用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度来表示. 一切测量结果都会存在不确定度. 1993 年国际不确定度工作组制定的《测量不确定度表达指导》是全世界目前都在执行的国际标准. 1999 年我国有关部门根据GUM 的内容制定了中华人民共和国国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》, 同时规定从实施之日起代替技术规范《测量误差及数据处理》中有关测量误差部分的内容. 不确定度可以分为标准不确定度、合成不确定度和扩展不确定度.

　　以标准偏差表示的不确定度就称为标准不确定度u. 标准不确定度又有A 类和B 类两类评定方法. A 类标准不确定度uA 指用统计方法得到的不确定度, B 类不确定度uB 指用非统计方法得到的不确定度, 根据资料或假定的概率分布估计的标准偏差表示的不确定度.

　　uA 的评定通常采用下述方法: 在同一条件下对被测参量X 进行n 次等精度测量, 测量值为X i ( i =1, 2, ,, n) , 该样本数据算术平均值为