智能数字测温仪表测量电弧炉钢水出钢温度的不确定度评定

易青

【摘 要】通过阐述智能数字测温仪表测量电弧炉钢水出钢温度不确定度评定的方法，分析与计算并由测温系统中的重复性、仪表的分辨率与热电偶进行不确定度“方差”合成；对测量结果给出的被测量估计值的可能误差的程度，即表征被测量的真值所处范围得扩展不确定度在1610℃时的测温系统约为5℃；是热处理工艺在此测温点的误差要求±10℃的1/2；即此测温系统满足测量电弧炉出钢温度的技术要求。

【关键词】测温仪表 分辨率 测温系统 标准偏差 不确定度 热电偶 温度

1 概述

在炼钢过程中，钢水出钢温度的测量误差对铸件的质量影响很大，如果因测量温度的不准确，导致温度的偏高或偏低，使得铸件产生缺陷，导致质量问题。在测温系统中，测温仪起着关键的作用，对其进行不确定度评定，以判断该测温系统是否合格。

2 不确定度的评定

2.1方法采用直接测量法

仪器：SY-903智能数字测温仪准确度等级为0.5级，工艺要求测量出钢温度1610℃时，误差为±10℃；分辨率1℃，配B型快速热电偶。

环境：0～50℃

方法：（1）热工计量设备操作规范。（2）热加工测定程序。（3）电弧炉氧化法炼钢工艺。

2.2数学模型

t=td-ts 式中： t——仪表的示值误差

td——电弧炉的钢水检测点测温仪的显示温度

ts——标准器mV值对应的检测点温度值

2.3输入量u（td）标准不确定度的评定

输入量u（td）的不确定度来源主要有三个部分：测量的重复性和仪表的分辨率，B型快速 热电偶的误差。

2.3.1测量重复性导致的不确定度u（td1）

u（td1）采用“示值基准法”（按A类方法评定） ，用sy-903测量仪在1610℃点得到一个测量列1610℃、1610℃、1609℃ 、1610℃ 1610℃ 1611℃、1610、1609、1610、1609平均值为：

= =

=1609.8℃

单次实验标准偏差为：s = =0.632℃

任选3台同类型仪表分别在1610℃进行重复性条件下的连续10次测量，共得到3组测量列。

经计算得单次实验标准偏差如下表

测量点 1610（℃）

S （℃）

0.632

0.633

0.631

则合并样本标准偏差 S = ≈ 0.632 （℃ ） （m=3，j=1～3）

可用S 代替同类仪表的实验标准偏差。

实际测量是在重复性条件下连续测量3次以3次测量的平均值作为测量结果可得：

u（td1）= ≈0.365（℃ ）

2.3.2 仪表的分辨率u（td2）的不确定度

按B，类方法评定；由仪表分辨率b导致的示值误差区间半宽为a=b/2；包含因子k= ，分辨率为1℃的仪表u（td2）=0.5/k=0.5/ =0.29℃；

2.3.3测量用热电偶引起的不确定度

（td3）=2.5℃（查相关热电偶技术资料） 补偿导线修正值（热电偶用B型补偿导线引起的不确定度（td4）在20℃的误差非常小，可忽略不计）。

2.4输入量u（ts）标准不确定度的评定

u 直流电位差计的不确定度主要来源标准器的示值误差。温度、湿度和连接导线的影响、

可忽略不计。在16110℃时的误差：u（ts）=u（1610℃）=11.374×0.05﹪÷0.012≈0.47（℃）

2.5合成标准不确定度的评定

灵敏系数：灵敏系数C = =1 ， C = =-1，

2.5.1不确定度汇总表如下

标准不确定度分量u（x ）

不确定度来源

标准不确定度

C

U（td1） 测量重复性 0.365℃（b=1） 1

U（td2） 仪表分辨率 0.29℃（b=1） 1

U（td3） 快速热电偶误差 2.5℃ 1

u（ts） U 示值误差

0.47℃ -1

2.5.2合成标准不确定度的计算

输入量t（d1）、t（d2）、t（d3）、t（s）相互彼此独立，所以合成不确定度可按下式计算

u（td）= =2.543（℃）

u（ ）= =2.586（℃）

2.6 扩展不确定度

误差按正态分布所以k=2

U（ t ）=k ·u（ ）=2×2.586≈5.172（℃）≈5℃

3 结语

配B型热电偶，分度值为1℃的智能数字测温仪及所在系统，在1610℃的扩展不确定度约等于5℃；是1610℃的工艺温度误差要求（±10℃）的1/2，满足技术文件要求。

参考文献：

[1]国家计量检定规程JJG617-1996数字温度指示调节仪.中国计量出版社出版，1997（4）.

[2]施昌彦 主审.宣安东 主编.《实用测量不确定度评定及案例》（下册）.中国计量出版社，2007（8）.

[3]东北国家计量测试中心组编.《建立计量标准技术报告100例》.中国经济出版社，1989（6）.