过程校验仪误差分析及核查方法的研究

牛亚琳 朱晨彬 钟一峰 马 超 张振彦

（上海市计量测试技术研究院，上海201203）

1 目的意义

配有热电偶的过程校验仪被广泛应用于工业现场和实验室温度信号的测量和校准[1]，其量值准确与否，直接关系到产品的质量是否合格[2-3]，而核查过程校验仪热电偶档的过程较为繁琐，因此，本文整合多台廉金属热电偶档校准数据，在只测量上下限温度的实际输出温度的情况下，使用线性拟合方法计算得出其他温度点对应的拟合温度，结果证明该方法适用于过程校验仪热电偶档的期间核查。

2 测量原理与方法

期间核查是指为保持测量仪器校准状态的可信度，而对测量仪器示值（或其修正值或修正因子）在规定的时间间隔内是否保持其在规定的最大允许误差或扩展不确定度或准确度等级内的核查[4]。

而过程校验仪的核查方法则是依据JJG617-1996《数字温度指示调节仪检定规程》,首先将被核查的过程校验仪与零度恒温箱和高精度数表通过同型号的补偿导线相连，在高精度数表上读取相应的数值，该数值为被检仪器的实际输出电量值；然后被检的温度校验仪与零度恒温箱和高精度直流电压信号源通过普通导线和同型号的补偿导线相连；最后读取被检仪器上相应的数值，该数值为被检仪器的输入显示值。具体原理如图1-2 所示[5]：

图1 校准仪热电偶档测量原理

图2 校准仪热电偶档输出原理图

3 数据分析

本文整理了40 台相同准确度等级的过程校验仪的廉金属热电偶校准数据，对其测量误差进行数据分析。

3.1 误差分析

从这些数据中发现，其不同分度号的廉金属热电偶输出的温度值基本呈线性分布, 图3 为K 型热电偶输出电压误差示意图。

而对过程校验仪所有分度号的热电偶进行全温度段的校准需要不同分度号的补偿导线，且过程又极为繁琐，不利于在日常进行期间核查工作的展开。

因此考虑使用量程上限与下限附近对应的毫伏值误差来估算全量程段的误差，以达到在日常管理或者期间核查过程中快速验证校验仪工作状态的目的。

图3 K 型热电偶输出电压误差示意图

3.2 拟合数据与实测数据的极差

使用上述方法计算分析后，这40 台相同准确度等级的过程校验仪的廉金属热电偶拟合数据与实测数据的极差值如表1所示。

3.3 不确定度分析

本文的不确定度计算包括A 类不确定度和B 类不确定度，其中A 类不确定度是由测量过程的重复性引起的，B 类不确定度是由标准器误差、被检设备分辨率、拟合值与实测值的极差、冰瓶0℃误差引起的。

3.3.1 数学模型

式中：e线性拟合（t）- 利用线性拟合法计算出的温度点t 的热电动势

表1 廉金属热电偶拟合数据与实测数据的极差值

表2 过程校验仪廉金属热电偶档数据分析

e实际测量（t）- 被测热电偶在需测温度点t 的热电动势

3.3.2 标准不确定度汇总表

输出量的标准不确定度汇总与表，见表2。

4 结论

本文基于整理的多台过程校验仪K 型、T 型、E 型、J 型廉金属热电偶档的校准数据，使用量程上限与下限附近对应的毫伏值误差来估算全量程段的误差，经过分析计算后得出以下结论：

（1）廉金属热电偶输出的电压误差值均基本呈线性分布。

（2）廉金属热电偶拟合数据与实测数据的极差值较小。

由以上结论可得出此方法适用于过程校验仪廉金属热电偶档的核查。