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。本實驗室在一次校準(zhǔn)工作中發(fā)現(xiàn)，不同標(biāo)準(zhǔn)裝置測量同一支熱電偶的測量結(jié)果差異明顯，接著設(shè)計多種實驗，希望能找出存在差異的原因，有利于本實驗室開展準(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》適用于測溫范圍-40℃～1100℃的鎧裝廉金屬熱電偶的校準(zhǔn)。規(guī)范要求測量300℃以下的時候，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。本次實驗溫度在300℃對一支使用中的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
本實驗室按照驗證示值誤差——驗證標(biāo)準(zhǔn)——驗證檢定爐的溫場——驗證測量方法——分析被檢特性的順序，設(shè)計以下實驗，排查出現(xiàn)差異的原因。
1.驗證示值誤差
在鋅固定點檢定爐測量被檢偶(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)較接近真實值，因此要點分析熱電偶與檢定爐配套的校準(zhǔn)裝置。
2.驗證標(biāo)準(zhǔn)熱電偶
在鋅固定點檢定爐測量標(biāo)準(zhǔn)熱電偶(置于石英套管中)的熱電動勢值，結(jié)果如下:
測量值:3.4434mV；證書值:3.4438mV。
兩者測量結(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.驗證熱電偶檢定爐溫場
(1)徑向溫場的影響:將標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶置于同一等溫孔內(nèi)，測得被檢偶誤差為+2.5℃。
(2)軸向溫場的影響(見表2)。
表2
從表2分析得出，本實驗室的檢定爐在安裝等溫塊后，***方法二在距孔底距離30mm時超出了規(guī)范要求。總體來看，檢定爐的溫場基本滿足規(guī)范的要求，不是主要影響因素。
4.驗證測量方法
向標(biāo)準(zhǔn)偶套管與等溫塊測溫孔填充碳化硅粉末，得出被檢偶的誤差為+2.7℃?？梢钥闯鲇捎跇?biāo)準(zhǔn)偶深插孔底，爐口用石棉緊堵，漏熱的影響也不大。
5.驗證被檢偶的測量重復(fù)性
將被檢偶放入熱電偶檢定爐，在300℃下***立重復(fù)測量5次，結(jié)果如表3所示。
表3
6.驗證被檢偶熱電均勻性
把熱電偶以不同深度浸沒于250℃的恒溫油槽中，得到實驗結(jié)果如圖1所示。
圖1 實驗結(jié)果
由圖1可看出，被檢偶的浸沒深度對示值誤差的影響十分大，反映其熱電均勻性存在問題。當(dāng)浸沒深度達(dá)到35cm時，所測結(jié)果才接近使用鋅固定點裝置測量的溫度。
三、實驗拓展
為了進(jìn)一步研究熱電均勻性對示值誤差的影響，本實驗室選取4支新制熱電偶做了以下實驗:
1.熱電偶特征描述
外徑:2mm；長度:2m；絕緣電阻:>2000MΩ。
2.熱電偶的處理
在本實驗室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恒溫器，分別在60cm的熱電偶檢定爐(長爐)與40cm的熱電偶檢定爐(短爐)測量300℃的示值誤差，結(jié)果如表4所示。
表4
3.熱電均勻性的觀察
把熱電偶以不同深度浸沒于300℃的恒溫油槽中，得到實驗結(jié)果如表5所示。
表5
通過改變熱電偶浸沒深度的方法，可觀察到這些熱電偶存在熱電不均勻性。因此使用不同長度的檢定爐所得的示值誤差存在較大的差異。
