利用大型实验设计分析热电偶测量中的误差

         核心流测试循环(CFTL)是一个大型工程实验在橡树岭国家实验室(ORNL)提供结构和传热数据快速气冷式核反应堆的设计。这是一个模拟实验,全面高密度电热“燃料棒模拟器”代替核能燃料棒。实验0.5毫米直径,压实金属铠装热电偶用来测量包壳温度燃料棒的模拟器进行了计量研究开发实验室(MRDL)的仪表和控制ORNL部门。目标是:识别和分析在0.5毫米直径护套温度测量误差来源热电偶用于测量覆盖层的表面温度燃料棒模拟器的核心流测试循环(CFTL);设计这些温度测量的方法减少或纠正错误;估计总体温度测量的不确定性;和建议修改的制造、安装、或材料的使用,减少温度测量的不确定性的实验。

        因为热电偶线的直径，以及电线之间或电线和护套之间的分离直径为0.5 mm的热电偶组件很小（在订单上0.05至0.1mm）机械，电学和化学行为的这些热电偶不同于较大的直径热电偶。高于600°C，这些的热电性能热电元件可以通过界面处的化学反应来改变在热电偶和它们周围的材料之间，或者热元件可能被杂质的扩散所污染绝缘或通过鞘材料的组分扩散进入电线。这种反应或污染的影响热电偶的热电性能随之增加产物的反应和杂质渗透到核心导线，穿透时间beipg是导线厚度的函数和温度。例如，在3mm直径的铠装热电偶中，热电偶线的直径为J> 0.5mm，但是在0.5mm直径的护套热电偶，线直径为0.1mm或更少。因此，0.5-mm直径的热电偶的去校正是在高温下比在较大直径下更快速和更严重热电偶。

        因为本文的中心主题是识别和分析温度测量误差，这是值得的地址，暂时，定义术语和具体的方式它们被使用。这些包括误差（随机和系统）不确定性，精确度和从这些术语导出的术语。这个讨论严重依赖于Eisenhart和Ku的工作。 误差是测量值和“真”值之间的差值的物理性质。存在与两者相关的不确定性测量值和真值。报告值的不确定性通过“说明其可能的可信限度来估计不准确。”

        数量的真实价值在绝对意义上是不可知的;以来总是有一些不确定性甚至与最相关准确的测定，由于噪声或最终的不确定性原理。采用物理量的“标准”值，以及国际不确定性的估计协议后仔细检查了可用的实验工作。采用的值通常是几个独立的平均值确定，并且可以更准确地进行修订确定变得可用。因此，这是最重要的在临界测量中使用的标准值是足够的以便在更准确的标准值变为时可用，实验结果可以校正并保留其有效性。

        在精密测温中，热电偶线被连接直接到其温度被精确已知的参考结和/或控制。也就是说，热电偶​​线从中延伸测量连接点到参考连接点连续，不间断长度没有延长引线的介入或连接器。

        这种实践在大规模工程实验中是不切实际的如CFTL，因为更多20i）热电偶连接数据系统必须在测试装置处断开交换。此外，小直径的总长度热电偶必须最小化以减少电阻热电偶电路。由于这些原因，热电偶会使用延长引线和连接器连接。延长导线和热电偶连接器中的触点由大致匹配的合金对制成特定热电偶类型（K，S等）的热电性能，在有限的温度范围内，通常为0至200℃。类型K

例如，延长线通常由K型合金制成由于某种原因或另一种不符合K型的要求在0°到1260°C的整个范围内的热电偶，但是pr在0°至200°C之间，emf与温度的合理匹配。热电偶匹配中允许误差的标准延伸导线材料的性能等相应热电偶类型在美国国家标准中给出温度测量热电偶，ANSI MC96.1。公差表示为将导致a的最大容许误差由于热电性质的不匹配导致的温度测量在延伸引线和热电偶之间有限的温度范围。例如，误差极限为±2.2°C（0至200℃）对于K型（Chromel-P对Alumel）和+ 6.7℃（0至200℃）对于S型（90％铂-10％铑对铂）。在一个特殊批量的延长线，这些都是相对恒定的，因此，系统误差。S型样品的偏差从0至140℃测量延长线从几个制造商从很多材料购买了大约十年的时间。偏差范围在ANSI公差内前一段。的结果（图1）表明，校准可以减少不确定性将延长线的系统误差降至±0.1°C以下。（对于K型延长线也是如此。）换句话说，校准每根延长引线使用可减少从这个源的系统误差到随机误差的水平在热电偶测量系统中。