工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點校準方法

趙楠，吳方，劉丹英

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095)

工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點校準方法

趙楠，吳方，劉丹英

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095)

越來越多的單位要求對工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點進行校準，但目前沒有任何技術(shù)規(guī)范可供參考。本文就這一需求提供了三種解決方案，并對這三個方案的校準結(jié)果及不確定度進行對比分析，為計量機構(gòu)根據(jù)客戶的需求制定科學(xué)合理的校準方案提供參考。

工業(yè)S型熱電偶;1100℃以上溫度點;校準方案

1 問題的提出

由于S型熱電偶測溫準確度高，穩(wěn)定性好，使用壽命長，可測量的溫度范圍寬，高溫下抗氧化性能好，長期最高使用溫度可達1300℃，短期最高使用溫度可達1600℃［1］，因此越來越多的單位將工業(yè)S型熱電偶用于1100℃以上溫度點的測量。目前，針對S型熱電偶的檢定規(guī)程［2］其測量溫度范圍為300～1100℃，無法滿足工業(yè)計量的實際需求。如何對工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點進行校準，是目前熱電偶檢定工作的一個難題。

2 解決方案

本文針對S型熱電偶高溫校準問題提供以下幾種解決方案:

方案一:應(yīng)用標準鉑銠10－鉑熱電偶組標準裝置校準工業(yè)S型熱電偶Zn，Al，Cu點的熱電勢值，再通過外推計算［3］1100℃以上溫度點的熱電勢值。此方法具有校準工作量小，對標準器的損耗小等特點，可以滿足對熱電偶校準準確度要求不高的應(yīng)用場合。

方案二:以標準鉑銠10－鉑熱電偶組作為標準器，利用標準鉑銠10－鉑熱電偶組證書給出的Zn，Al，Cu點熱電勢值外推計算得出標準器在1100℃以上被校溫度點的熱電勢值，然后再采用雙極比較法得出被校工業(yè)S型熱電偶1100℃以上相應(yīng)溫度點的熱電勢值。此方法具有檢定準確度高的特點，可以滿足各類應(yīng)用場合，但由于需要在高溫下逐個溫度點進行校準，對標準器損耗大等因素，校準成本較高。

方案三:應(yīng)用一等鉑銠30－鉑銠6熱電偶標準裝置，以之作為標準器，采用雙極比較法得出被校工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點的熱電勢值。此方法具有校準成本低，工作量小，滿足國家量傳體系的特點，但校準結(jié)果的不確定度較大，此方法適用于對熱電偶檢定準確度要求較低的場合。

3 結(jié)果分析

針對以上三種方法，分別對被校準工業(yè)S型熱電偶(編號分別為 1#、2#)進行 1100，1200，1300，1313，1315，1330，1335℃的熱電勢值校準，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 1#工業(yè)S型熱電偶各溫度點修正值

圖2 2#工業(yè)S型熱電偶各溫度點修正值

由圖1～2可以看出，以上三個方案得到的校準溫度點修正值曲線的趨勢基本一致，說明這三種方案均可作為校準工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點熱電勢值的方法。所不同的是，方案二和方案三的S型熱電偶各溫度點修正值較小，而方案一的S型熱電偶各溫度點修正值略大。

由于校準結(jié)果的應(yīng)用必須兼顧校準結(jié)果的不確定度，因此對以上三個方案的校準結(jié)果進行不確定度評估［4］，其結(jié)果見表1。

表1 應(yīng)用不同方案得到的校準溫度點校準結(jié)果不確定度 ℃

由表1可以看出，方案二的校準結(jié)果不確定度最小，方案三的校準結(jié)果不確定度最大。校準方案的選取，需要計量單位根據(jù)客戶的需求進行科學(xué)合理的選擇。

例如，針對Ⅰ級工業(yè)S型熱電偶，當溫度范圍為1100～1600℃時，最大允許誤差為±［1+0.003(t－ 1100)］，方案一和方案二校準結(jié)果的不確定度均小于被校熱電偶的最大允許誤差，可以從準確度和校準成本方面考慮選擇方案一還是方案二。

而針對Ⅱ級工業(yè)S型熱電偶，當溫度范圍為(600～1600)℃時，最大允許誤差為±0.25%t，三種方案校準結(jié)果的不確定度均小于被校熱電偶的最大允許誤差，三個方案均可使用，但推薦采用方案三。因為方案三是在實際溫度點下校準的，可以避免百度計算外推帶來的風險。

由此可見，在選擇或制定S型熱電偶高溫校準方案前，首先應(yīng)該跟客戶充分溝通，了解客戶的需求和被校熱電偶的應(yīng)用場合，然后制定一個科學(xué)合理的校準方案，使之既能滿足使用需求，又能降低校準成本。

4 結(jié)論

本文就工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點如何進行校準的問題展開討論，提出三個解決方案，通過對這三個方案校準結(jié)果的對比分析，得出這三個方案校準結(jié)果具有一致性，均可作為校準工業(yè)S型熱電偶1100℃以上溫度點的熱電勢值的方法。通過對三個方案的校準結(jié)果不確定度分析，針對被校熱電偶要求的最大允許誤差及應(yīng)用場合進行校準方案優(yōu)化，為相關(guān)計量部門針對客戶不同需求制定科學(xué)合理的校準方案提供了理論指導(dǎo)，具有實際應(yīng)用價值。

［1］廖理.熱學(xué)計量［M］.北京:原子能出版社，2002.

［2］國家質(zhì)量檢督檢驗檢疫總局.JJG141－2013工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程［S］.北京:中國計量出版社，2013.

［3］國家技術(shù)監(jiān)督局.JJG351－1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程［S］.北京:中國計量出版社，1996.

［4］趙楠，吳方，劉丹英.最小二乘法在熱電偶熱電勢校準中的應(yīng)用［J］.計測技術(shù)，2013，33(6):62－64.

［5］李江蛟，崔志尚.熱電偶超上限溫度測試的研究［J］.計量學(xué)報，2000，21(1): 40－42.

Discussion of Calibration M ethod of Industrial Type S Thermocouple Above 1100℃Temperature Point

ZHAO Nan，WU Fang，LIU Danying
(Changcheng Institute of Metrology＆Measurement，Beijing 100095，China)

A growing number of institutions require to calibrate industrial type S thermocouple above 1100℃ temperature points，but there is no specification for reference.This paper provides three solutions on this requirement，and makes comparison and analysis on the calibration results and uncertainties of the three schemes.This paper suggestsmeasuring institutions to set up scientific and reasonable calibration scheme according to customer demands.

industrial type S thermocouple;above 1100℃ temperature point;calibration scheme

TB942

A

1674－5795(2015)01－0052－02

10.11823/j.issn.1674－5795.2015.01.13

2014－08－17

趙楠(1985－)，女，山東平度人，工程師，碩士，從事熱電偶檢測、校準及研究工作。