鎧裝熱電偶兩種校準方法的比較

摘要:通過JJG351-1996與JJF1262-2010兩種方法對8支鎧裝K型熱電偶進行測試，分析得出后者方法的復現(xiàn)性佳，不確定度小，符合鎧裝廉金屬熱電偶的固有特性。
0引言
　　熱電偶按結(jié)構(gòu)類型分類，可分為裝配式熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶及各種專用熱電偶。裝配式熱電偶通常由熱電極、絕緣材料、保護管和接線盒等部分組成。鎧裝熱電偶由熱電極.絕緣材料和金屬套管組合在一起，并經(jīng)拉伸而成的組合式熱電偶。與裝配式熱電偶相比，鎧裝熱電偶熱慣性小，響應(yīng)速度快;體積小，熱容量小;可撓性好;機械性能、耐介質(zhì)化學腐蝕性能好。
　　在JJF1262--2010《鎧裝熱電偶校準規(guī)范》川公布實施之前，并沒有專門針對鎧裝熱電偶的特殊性能實施的規(guī)程或規(guī)范。因此，一般都參照JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》12進行校準，即將鎧裝熱電偶與傳統(tǒng)裝配式熱電偶一樣，捆扎成束放人檢定爐中校準。因為外殼是金屬材料的鎧裝熱電偶，在被捆扎成束放入爐內(nèi)后，從測量端區(qū)沿著電纜導熱較大，而且，爐內(nèi)還存在熱對流與熱輻射等.導致溫場變化,使熱電偶束受熱不均勻，最終導致測量結(jié)果分散性較大。根據(jù)JJF1262--2010校準300℃以上鎧裝廉金屬熱電偶時，在管式爐中配置帶插孔的均溫塊，提供恒定的均勻溫場;在臥式檢定爐內(nèi)放置均溫塊后，爐中心為金屬，沒有空氣對流，傳熱方式以導熱為主，溫度波動小，故溫場比較穩(wěn)定。
為了驗證兩種方法在300℃以上對鎧裝廉金屬熱電偶測量結(jié)果的影響，進行比較試驗。
1試驗內(nèi)容
1.1使用設(shè)備
1)標準器:一等標準鉑銠10-鉑熱電偶。
2)電測設(shè)備:數(shù)字多用表KIETHLY2010,最大允許誤差±(0.0037%讀數(shù)+0.0009%量程)。
3)恒溫設(shè)備:熱電偶檢定爐PWKJ-100M。
　　放置均溫塊前，軸向均勻溫度場140mm任意兩點間溫差≤1℃;徑向溫度場任意兩點間溫差≤0.2℃。
　　放置均溫塊后，孔底起算，軸向30mm內(nèi)溫差0.3℃;孔底部同一截面任意孔問溫差絕對值0.12℃。
4)掃描開關(guān):WJ-3H，寄生電勢≤0.2μV
5)被檢:8支鎧裝K型熱電偶(帶補償導線)
1.2試驗方法
1.2.1JJG351-1996測量方法(管式爐未放置插孔均溫塊)
　　將一等標準鉑銠10-鉑熱電偶套上高鋁保護管,與被檢鎧裝K型廉金屬熱電偶用細鎳鉻絲捆扎成圓形一束，被檢熱電偶測量端圍繞標準熱電偶測量端均勻分布一周，并確保處于垂直標準熱電偶同--截面上。然后將捆扎成束的熱電偶插入檢定爐中間位置，深度約300mm。標準熱電偶的參考端與銅導線連接后放人冰瓶，銅導線另一端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)。被檢鎧裝熱電偶的補償導線與銅導線連接后放入冰瓶，銅導線另一端同樣連接轉(zhuǎn)換開關(guān)。然后開啟自動測試軟件，當溫度符合要求時進行測量。每支熱電偶進行4次讀數(shù)，取4次讀數(shù)的平均值。每次獨立實驗完成后，檢定爐冷卻至室溫，取出所有熱電偶重新捆扎后再進行實驗。實驗測試2個溫度點，分別為400℃與1000℃,結(jié)果如表1.表2所示。
 
1.2.2JJF1262-2010(管式爐放置插孔均溫塊)
　　與1.2.1方法在同一實驗室環(huán)境條件下，采用了同一套實驗裝置。區(qū)別在于熱電偶檢定爐中放置了插孔均溫塊，均溫塊的幾何中心放置于檢定爐的均勻溫度場中心。然后將標準熱電偶同樣套上高鋁保護管，與被檢鎧裝熱電偶分別插入均溫塊至孔底，并確保不會彈出。其他測量方法同1.2.1。實驗測試兩個溫度點，分別為400℃與1000℃,結(jié)果如表3.表4所示。
 
1.3兩種方法的比較
　　由圖1、圖2可見，未放置插孔均溫塊的實驗標準差最大值為1.3℃,最小為0.1℃;放置插孔均溫塊的實驗標準差最大值為0.4℃，最小為0.1℃。后者的標準差多數(shù)較前者小，且較為穩(wěn)定。評估兩種方法的測量不確定度，400℃時U=1.5℃(k=2),1000℃時U=1.2℃(k=2);放置插孔均溫塊400℃與1000℃時U=0.6℃(k=2),較未放置插孔均溫塊小了近1倍，并小于允差絕對值的1/3。
 
2結(jié)語
　　通過比較實驗，插孔均溫塊對鎧裝廉金屬熱電偶的測量結(jié)果有大幅度的改善，復現(xiàn)性佳，不確定度更小。可見，依據(jù)JJF1262-2010對鎧裝廉金屬.熱電偶進行校準，在管式爐中配置帶插孔的均溫塊,能夠提供恒定的均勻溫場，溫度波動小，溫場比較穩(wěn)定。實驗結(jié)果更為正確、可靠。