鎧裝熱電偶廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，做好鎧裝熱電偶的量傳工作有利于保障工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)室在一次校準(zhǔn)工作中發(fā)現(xiàn)，不同標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量同一支熱電偶的測(cè)量結(jié)果差異明顯，接著設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)，希望能找出存在差異的原因，有利于本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展準(zhǔn)確可靠的校準(zhǔn)工作。
一、出現(xiàn)差異
JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》適用于測(cè)溫范圍-40℃～1100℃的鎧裝廉金屬熱電偶的校準(zhǔn)。規(guī)范要求測(cè)量300℃以下的時(shí)候，采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻作標(biāo)準(zhǔn)，各種恒溫槽作溫源；在300℃以上采用標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作標(biāo)準(zhǔn)，熱電偶檢定爐作溫源。本次實(shí)驗(yàn)溫度在300℃對(duì)一支使用中的Φ2mm×2m的K型鎧裝熱電偶(與高精密數(shù)字溫度采集儀配套使用)，分別用油槽配套二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻和帶等溫塊的熱電偶檢定爐配套一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作測(cè)試。所得結(jié)果如表1所示。
表1
從表1可以看出，兩者校準(zhǔn)的結(jié)果相差2.7℃，超過(guò)兩者的合成擴(kuò)展不確定度0.81℃(約為0.9℃)。
二、排查原因
本實(shí)驗(yàn)室按照驗(yàn)證示值誤差——驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)——驗(yàn)證檢定爐的溫場(chǎng)——驗(yàn)證測(cè)量方法——分析被檢特性的順序，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)，排查出現(xiàn)差異的原因。
1.驗(yàn)證示值誤差
在鋅固定點(diǎn)檢定爐測(cè)量被檢偶(置于石英套管中)的示值誤差，得到結(jié)果為0.0℃。
根據(jù)熱電偶的誤差存在一定的線(xiàn)性規(guī)律，推斷二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與油槽配套的校準(zhǔn)裝置所得的數(shù)據(jù)較接近真實(shí)值，因此要點(diǎn)分析熱電偶與檢定爐配套的校準(zhǔn)裝置。
2.驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)熱電偶
在鋅固定點(diǎn)檢定爐測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)熱電偶(置于石英套管中)的熱電動(dòng)勢(shì)值，結(jié)果如下:
測(cè)量值:3.4434mV；證書(shū)值:3.4438mV。
兩者測(cè)量結(jié)果相差***有0.0004mV(約0.04℃)，因此可忽略標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的影響因素。
3.驗(yàn)證熱電偶檢定爐溫場(chǎng)
(1)徑向溫場(chǎng)的影響:將標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶置于同一等溫孔內(nèi)，測(cè)得被檢偶誤差為+2.5℃。
(2)軸向溫場(chǎng)的影響(見(jiàn)表2)。
表2
從表2分析得出，本實(shí)驗(yàn)室的檢定爐在安裝等溫塊后，***方法二在距孔底距離30mm時(shí)超出了規(guī)范要求?？傮w來(lái)看，檢定爐的溫場(chǎng)基本滿(mǎn)足規(guī)范的要求，不是主要影響因素。
4.驗(yàn)證測(cè)量方法
向標(biāo)準(zhǔn)偶套管與等溫塊測(cè)溫孔填充碳化硅粉末，得出被檢偶的誤差為+2.7℃。可以看出由于標(biāo)準(zhǔn)偶深插孔底，爐口用石棉緊堵，漏熱的影響也不大。
5.驗(yàn)證被檢偶的測(cè)量重復(fù)性
將被檢偶放入熱電偶檢定爐，在300℃下***立重復(fù)測(cè)量5次，結(jié)果如表3所示。
表3
6.驗(yàn)證被檢偶熱電均勻性
把熱電偶以不同深度浸沒(méi)于250℃的恒溫油槽中，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由圖1可看出，被檢偶的浸沒(méi)深度對(duì)示值誤差的影響十分大，反映其熱電均勻性存在問(wèn)題。當(dāng)浸沒(méi)深度達(dá)到35cm時(shí)，所測(cè)結(jié)果才接近使用鋅固定點(diǎn)裝置測(cè)量的溫度。
三、實(shí)驗(yàn)拓展
為了進(jìn)一步研究熱電均勻性對(duì)示值誤差的影響，本實(shí)驗(yàn)室選取4支新制熱電偶做了以下實(shí)驗(yàn):
1.熱電偶特征描述
外徑:2mm；長(zhǎng)度:2m；絕緣電阻:>2000MΩ。
2.熱電偶的處理
在本實(shí)驗(yàn)室60cm的熱電偶檢定爐中(插入深度30cm)升溫至600℃后隨爐冷卻至室溫；然后將冷端置于冰點(diǎn)恒溫器，分別在60cm的熱電偶檢定爐(長(zhǎng)爐)與40cm的熱電偶檢定爐(短爐)測(cè)量300℃的示值誤差，結(jié)果如表4所示。
表4
3.熱電均勻性的觀(guān)察
把熱電偶以不同深度浸沒(méi)于300℃的恒溫油槽中，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5
通過(guò)改變熱電偶浸沒(méi)深度的方法，可觀(guān)察到這些熱電偶存在熱電不均勻性。因此使用不同長(zhǎng)度的檢定爐所得的示值誤差存在較大的差異。
