大型實驗設(shè)計分析熱電偶測量中的誤差

　　　　　核心流測試循環(huán)(CFTL)是一個大型工程實驗在橡樹嶺國家實驗室(ORNL)提供結(jié)構(gòu)和傳熱數(shù)據(jù)快速氣冷式核反應(yīng)堆的設(shè)計。這是一個模擬實驗,全面高密度電熱“燃料棒模擬器”[www.shhzy3.cn]代替核能燃料棒。實驗0.5毫米直徑,壓實金屬鎧裝熱電偶用來測量包殼溫度燃料棒的模擬器進行了計量研究開發(fā)實驗室(MRDL)的儀表和控制ORNL部門。目標(biāo)是:識別和分析在0.5毫米直徑護套溫度測量誤差來源熱電偶用于測量覆蓋層的表面溫度燃料棒模擬器的核心流測試循環(huán)(CFTL);設(shè)計這些溫度測量的方法減少或糾正錯誤;估計總體溫度測量的不確定性;和建議修改的制造、安裝、或材料的使用,減少溫度測量的不確定性的實驗。

        因為熱電偶線的直徑，以及電線之間或電線和護套之間的分離直徑為0.5 mm的熱電偶組件很?。ㄔ谟唵紊?.05至0.1mm）機械，電學(xué)和化學(xué)行為的這些熱電偶不同于較大的直徑熱電偶。高于600°C，這些的熱電性能熱電元件可以通過界面處的化學(xué)反應(yīng)來改變在熱電偶和它們周圍的材料之間，或者熱元件可能被雜質(zhì)的擴散所污染絕緣或通過鞘材料的組分?jǐn)U散進入電線。這種反應(yīng)或污染的影響熱電偶的熱電性能隨之增加產(chǎn)物的反應(yīng)和雜質(zhì)滲透到核心導(dǎo)線，穿透時間beipg是導(dǎo)線厚度的函數(shù)和溫度。例如，在3mm直徑的鎧裝熱電偶中，熱電偶線的直徑為J> 0.5mm，但是在0.5mm直徑的護套熱電偶，線直徑為0.1mm或更少。因此，0.5-mm直徑的熱電偶的去校正是在高溫下比在較大直徑下更快速和更嚴(yán)重?zé)犭娕肌?/span>

        因為本文的中心主題是識別和分析溫度測量誤差，這是值得的地址，暫時，定義術(shù)語和具體的方式它們被使用。這些包括誤差（隨機和系統(tǒng)）不確定性，精確度和從這些術(shù)語導(dǎo)出的術(shù)語。這個討論嚴(yán)重依賴于Eisenhart和Ku的工作。 誤差是測量值和“真”值之間的差值的物理性質(zhì)。存在與兩者相關(guān)的不確定性測量值和真值。報告值的不確定性通過“說明其可能的可信限度來估計不準(zhǔn)確?！?/span>

        數(shù)量的真實價值在絕對意義上是不可知的;以來總是有一些不確定性甚至與最相關(guān)準(zhǔn)確的測定，由于噪聲或最終的不確定性原理。采用物理量的“標(biāo)準(zhǔn)”值，以及國際不確定性的估計協(xié)議后仔細(xì)檢查了可用的實驗工作。采用的值通常是幾個獨立的平均值確定，并且可以更準(zhǔn)確地進行修訂確定變得可用。因此，這是最重要的在臨界測量中使用的標(biāo)準(zhǔn)值是足夠的以便在更準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)值變?yōu)闀r可用，實驗結(jié)果可以校正并保留其有效性。

        在精密測溫中，熱電偶線被連接直接到其溫度被精確已知的參考結(jié)和/或控制。也就是說，熱電偶線從中延伸測量連接點到參考連接點連續(xù)，不間斷長度沒有延長引線的介入或連接器。

        這種實踐在大規(guī)模工程實驗中是不切實際的如CFTL，因為更多20i）熱電偶連接數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須在測試裝置處斷開交換。此外，小直徑的總長度熱電偶必須最小化以減少電阻熱電偶電路。由于這些原因，熱電偶會使用延長引線和連接器連接。延長導(dǎo)線和熱電偶連接器中的觸點由大致匹配的合金對制成特定熱電偶類型（K，S等）的熱電性能，在有限的溫度范圍內(nèi)，通常為0至200℃。類型K

例如，延長線通常由K型合金制成由于某種原因或另一種不符合K型的要求在0°到1260°C的整個范圍內(nèi)的熱電偶，但是pr在0°至200°C之間，emf與溫度的合理匹配。熱電偶匹配中允許誤差的標(biāo)準(zhǔn)延伸導(dǎo)線材料的性能等相應(yīng)熱電偶類型在美國國家標(biāo)準(zhǔn)中給出溫度測量熱電偶，ANSI MC96.1。公差表示為將導(dǎo)致a的最大容許誤差由于熱電性質(zhì)的不匹配導(dǎo)致的溫度測量在延伸引線和熱電偶之間有限的溫度范圍。例如，誤差極限為±2.2°C（0至200℃）對于K型（Chromel-P對Alumel）和+ 6.7℃（0至200℃）對于S型（90％鉑-10％銠對鉑）。在一個特殊批量的延長線，這些都是相對恒定的，因此，系統(tǒng)誤差。S型樣品的偏差從0至140℃測量延長線從幾個制造商從很多材料購買了大約十年的時間。偏差范圍在ANSI公差內(nèi)前一段。的結(jié)果（圖1）表明，校準(zhǔn)可以減少不確定性將延長線的系統(tǒng)誤差降至±0.1°C以下。（對于K型延長線也是如此。）換句話說，校準(zhǔn)每根延長引線使用可減少從這個源的系統(tǒng)誤差到隨機誤差的水平在熱電偶測量系統(tǒng)中。