20世纪90年代以前热电偶的检定方法基本使用非自动检定。随着科学技术的发展, 美国航空与航天局 (NASA) 的引力材料科学实验室, 在1991年研制出热电偶自动标准系统, 可对室温到650℃范围内的温度进行自动校准。福禄克公司 (Fluke Corporanow) 把属该公司生产的恒温装置、电测仪表结合起来研制出99338METTENP温度自动校准软件配合硬件组合起来构成了温度自动检定系统。现在法定计量机构几乎全部采用了自动检定系统, 计算机自动控制了整个系统完成检定过程, 节约了检定时间、提高了工作效率, 降低了人员对检定过程的影响。近几年随着技术的进步和检定系统应用更加广泛, 针对不同的需求和不同的侧重面出现了多种发展方向: (1) 自动检定系统的智能化; (2) 检定原始数据的保护功能; (3) 一带多。

RJT2000智能化自动检定系统以国家最新的检定规程为依据, 结合计量工作的实际需要, 以先进的计算机数据处理和控制技术实现无需人工操作的全自动化检定过程, 可用于检定二等标准热电偶。工作用热电阻, 配备进口高精度数字表和符合国家检定规程要求的低接触电势扫描开关, 温控采用进口高精度PID温度调节器。系统运用运行稳定可靠, 温度自动控制, 数据自动检测和处理、检定数据自动存储和生成报表等功能。

数字多用表是RJT2000热电偶/阻检定系统中是关系到量值传递准确性的核心仪器, 是用来接收来自计算机的指令, 按要求进行功能之间的转换, 并将所产生的信号对应的数字量送入计算机, 它的好坏直接决定了检定数据的准确性、可靠性。因此选择了美国安捷伦公司34420A型数字多用表。它具有:可编程的两通道电压输入、71/2位分辨率:毫微伏/微欧表的噪声性能精确、可重复的低电平测量、可直接对SPRT, RTD, 热敏电阻, 热偶温度测量、具数学功能及通用性。它最大的优点是设计上考虑到有操作台用户的需要, 34420A的前面板操作简易而直观。有GPIB和RS-232两种接口标准, 用标准命令 (SCPI) 可编程具有兼容性。可方便地捕捉到最小和最大读数、提供平均值和标准偏差、定标测量结果, 从而更便于测量输入信号特性。能够把多达1024个读数存储到它内部强大的存储器中。

针对RJT2000热电偶/阻检定系统通道扫描仪选择美国安捷伦公司34970A数字多用表作为通道扫描开关, 它的数据采集器是种高性能、数据采集和开关主机, 便于数据记录、数据采集和开关与控制应用。是一种半机架宽的主机, 内部有61/2位的数字电压表、背面拥有3个插槽, 可接受开关与控制的模块某块组合。数据记录通道范围非常广, 满足检定数据采集要求。它的61/2位的分辨率、0.004%的基本直流电压精度和极低的读数噪声, 扫描速率250通道/s, 的模块, 适用于高效自动测试技术及高速数据记录与监测任务。RJT200热电偶/阻检定系统主要利用这项功能34970A数字多用的性能和应用情况来看, 完全满足RJT2000热电偶/阻检定系统热电偶检定系统的要求的。

高精度智能PID温控仪是采用日本导电高精度0.1级PID调节器, 它的分辨率为1/1000℃, 运行稳定、可靠, 满足热电偶检定中对检定炉和恒温槽的温度控控制精度, 它的串口与计算机通讯。高精度智能PID温控仪有温度上限保护继电器的输出功能, 可自行设定上限保护温度。对某种原因造成温度上冲时, 温控仪温度上限保护继电器输出立即开启, 配电箱内接触器跳开, 电流回路被切断, 避免事故的发生。具有RS232通信串口符合热电偶检定规程所需要的控制精度。

计算机是整个自动检定装置系统的核心是检定软件运行的平台, 提供人机交换操作界面, 对各种参数的设置及对以数字和图形方式的监控测量数据非常简便, 并能自行完成数据运算处理;同GPIB接口与数字多用表进行数据通讯以完成数字多用表的功能配置和数据测量;同RS232接口与温控仪进行的数据通讯, 完成温度控制仪的功能配置和数据测量;同时提供强大的数据库操作和报表打印等功能。

RJT2000热电偶/阻检定应用该软件是组态王软件, 它集成了标准工业计算机软、硬件平台所构成的系统代替了传统的封闭式系统。对检测现场实时监测与控制, 在自动控制系统中完成上传下达的特点。该系统采用中文界面, 具有人机界面友好、便于操作、测量结果性好、编写程容易、能随时进行参数的输入与修改, 参数变化前后系统的特性曲线可以实时地显示。

启动计算机后桌面显示RJT200热电偶/阻检定系统图标。单击“组态王工程管理器”画面中的“运行”图标, 系统将自动启动进入检定登录界面。按“进入”按钮, 系统自动进入系统“检定方案配置”画面。该系统可一次同时检定6支热电偶。

根据检定二等铂铑10-铂热电偶选择相应的检定功能标准标准热电偶检定。

系数参数的选定和录入。选择传感器为热电偶, 分度号为S, 标准器一等铂铑10-铂热电偶的编号、生产厂家, 证书编号及证书中所需要的值, 送检单位名称、检定员等内容。

自动检定。在热电偶安装连接后, 输入检定所需的信息和通过检查后, 严格按照JJG75-1995《标准铂铑10-铂热电偶检定规程》开始自动检定过程。在检定过程中, 炉温、槽温的温度变化在热电偶检测监控界面上清晰地表现出来, 有利于自动检定过程中检定员对检定设备上的温度、数字多用表的电压、电阻值的观察。

系统开始参数选定和录入完毕后, 系统开始运行首先测量标准, 判断温度是否符合满足检定要求, 如满足, 开始测量:系统实时采集温度显示, 在到达检定温度点并且温度恒定时进行保温, 然后按照顺序依次读取标准热电偶和各个被检热电偶的数值, 直到检定完毕之后上位机进行数据处理, 下位机部分继续升高温度, 到达下一个检定点温度继续重复上述操作, 对标准热电偶和各个被检热电偶采集数据进行处理, 直到所有检定点温度的数值均采集完毕为止, 对各检定温度点的数值进行判定, 得出最后被检热电偶是否合格或其级别, 并形成报表导出保存或打印。

检定结束后, 即可进行数据处理, 检定证书也可由计算机直接处理打印。计算机实际测量原始数据, 每一步的分布计算结果在数据表格上列出都在原始记录中体现, 并被保存到计算机硬盘中, 计算机能随时能打印出检测数据和结果, 在计算机上能修改原始数据。

依据JJG《标准铂铑10-铂热电偶》, 对二等标准铂铑10-铂热电偶的检定, 是用一支一等标准铂铑10-铂热电偶与被检的二等标准铂铑10-铂热电偶在铜点 (1084.62℃) 、铝点 (660.323℃) 、锌点 (419.527℃) 3个检定点温度上的比较法进行检定的。应满足这3个点电动势偏差的要求。

检热电偶在各固定点上的热电动势E被 (t) 采用式1计算:采用双极法分度时:

式中:E被 (t) ———被检偶在固定点上的热点电动势, 单位为mV;

E标证 (t) ———一等标准偶证书中固定点上的热电动势, 单位为mV;

———检定时, 测得被测偶的热电动势平均值, 单位为mV;

———检定时, 测得标准偶的热电动势平均值, 单位为mV。

3.3.1标准偶引入的输入标准不确定度的评定

3.3.1.1标准偶分度结果引入的不确定度u[E标证 (t1) ]的评定:由一等标准铂铑10-铂热电偶测量结果不确定度可知, 在铜点:u[E标 (t1) ]=1.7μV, 自由度v标1=36。

3.3.1.2标准年稳定性引入的不确定度u[E标 (t2) ]的评定:一等标准偶, 在铜点的热电动势变化一般不超过±5μV, 可认为服从正态分布, 标准不确定度为:

则自由度v标=50。

3.3.1.3标准不确定度u[E标证 (t) ]的评定:

3.3.2输入量的标准不确定度的评定

3.3.2.1标准不确定度的评定:测量重复性引入的标准不确定度将一支二等标准铂铑10-铂热电偶与一支一等标准铂铑10-铂在铜点时被测、标准热电偶热电动势被 (t) 进行重复10次测量, 测得数据为:

用同样方法, 将另二支二等标准铂铑10-铂热电偶各用一支一等标准热电偶作标准, 对它们在铜点时被测、标准偶热电动势E被 (t) 进行重复性测量, 共测得两组数据。这两组数据的单次实验标准差分别为:

则合并样本标准差

m测量数据组数, 经计算合并样本标准差sp为0.09μV。

实际测量时, 测量次数为6次, 以测得值的平均值为测量结果。则该结果的标准不确定度为:

自由度为:v被1=m (n-1) =27

3.3.2.2由数字多用表示值误差引起的标准不确定度因微小而忽略。

3.3.2.3由标准与被测热电偶工作端接触以及在管状炉工作温场中放置不重复性引起的标准不确定度, 由经验认为服从正态分布, 故标准不确定度为:

自由度v被3=12

3.3.2.4由测量回路寄生电势及转换开关引起的标准不确定度, 经验可认为均匀分布, 故标准不确定度为:

自由度v被4=12

3.3.2.5由热电偶参考端温度不均引起的标准不确定度, 由经验可认为均匀分布。

自由度v被5=12

输入量的标准不确定度的合成

3.4.1灵敏系数

3.4.2标准不确定度汇总

输入量的标准不确定度汇总见表1。

3.4.3合成标准不确定度的计算

各输入量间近似独立不相关, 则合成标准不确定度为:

3.4.4合成标准不确定度的自由度

, veff可近似为100, 对最后结果不会有太大影响。则:

本装置检定二等标准铂铑10-铂热电偶在铜点热电动势的分度结果的扩展不确定度及有效自由度为:

二等标准铂铑10-铂热电偶在3个温度固定点分度值的扩展不确定度不超过 (0.6~1.0) ℃, 所以符合JJG75-1995规程的要求。