鎧裝熱電偶廣泛用于工業生產，做好鎧裝熱電偶的量傳工作有利于保障工業生產的順利進行。本實驗室在一次校準工作中發現，不同標準裝置測量同一支熱電偶的測量結果差異明顯，接著設計多種實驗，希望能找出存在差異的原因，有利于本實驗室開展準確可靠的校準工作。

一、出現差異

    JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準規范》適用于測溫范圍-40℃～1100℃的鎧裝廉金屬熱電偶的校準。規范要求測量300℃以下的時候，采用二等標準鉑電阻作標準，各種恒溫槽作溫源；在300℃以上采用標準鉑銠10-鉑熱電偶作標準，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(與高精密數字溫度采集儀配套使用)，分別用油槽配套二等標準鉑電阻和帶等溫塊的熱電偶檢定爐配套一等標準鉑銠10-鉑熱電偶作測試。所得結果如表1所示。

 表1

    從表1可以看出，兩者校準的結果相差2.7℃，超過兩者的合成擴展不確定度0.81℃(約為0.9℃)。

二、排查原因

    本實驗室按照驗證示值誤差——驗證標準——驗證檢定爐的溫場——驗證測量方法——分析被檢特性的順序，設計以下實驗，排查出現差異的原因。

    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，得到結果為0.0℃。

    根據熱電偶的誤差存在一定的線性規律，推斷二等標準鉑電阻與油槽配套的校準裝置所得的數據較接近真實值，因此要點分析熱電偶與檢定爐配套的校準裝置。

    2.驗證標準熱電偶

    在鋅固定點檢定爐測量標準熱電偶(置于石英套管中)的熱電動勢值，結果如下:

    測量值:3.4434mV；證書值:3.4438mV。

    兩者測量結果相差僅有0.0004mV(約0.04℃)，因此可忽略標準熱電偶的影響因素。

    3.驗證熱電偶檢定爐溫場

    (1)徑向溫場的影響:將標準偶與被檢偶置于同一等溫孔內，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，僅方法二在距孔底距離30mm時超出了規范要求。總體來看，檢定爐的溫場基本滿足規范的要求，不是主要影響因素。

    4.驗證測量方法

    向標準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℃。可以看出由于標準偶深插孔底，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性

    將被檢偶放入熱電偶檢定爐，在300℃下獨立重復測量5次，結果如表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，得到實驗結果如圖1所示。

 圖1  實驗結果

    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。當浸沒深度達到35cm時，所測結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。