Поверка термоэлектрических термометров (термопар)
Поверка термоэлектрических термометров, выпускаемых по стандарту ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия», проводится в соответствии со стандартом ГОСТ 8.338-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки». Методика поверки заключается в прямом или поэлектродном сличении рабочих термопар с образцовой термопарой в печи и оценке отклонения ее характеристики от НСХ. Серьезным недостатком методики ГОСТ 8.338 является то, что при периодической поверке термопары не учитывается возможность возникновения термоэлектрической неоднородности. Если глубина погружения термопары в сличительную печь отличается от рабочей глубины погружения, то участок наибольшего температурного перепада, в котором возникла неоднородность попадает при поверке в зону равномерной температуры и реальная погрешность термопары не определяется. Такая периодическая поверка может привести к ложным результатам, причем разница ТЭДС в рабочих условиях и при поверке термопар типа ТХА может достигать 5 -10 °С. Необходимо переработать стандарт, указав на данную проблему, и ввести в стандарт проверку термоэлектрической неоднородности.
Поверка эталонных термоэлектрических термометров типа ПП, выпускаемых по ГОСТ Р 52314-2005 «Преобразователи термоэлектрические платинородий-платиновые и платинородий-платинородиевые эталонные 1, 2 и 3-го разрядов. Общие технические требования» проводится по ГОСТ Р 8.611-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Преобразователи термоэлектрические платинородий-платиновые эталонные 1, 2 и 3-го разрядов. Методика поверки». Поверка эталонных термоэлектрических термометров типа ПР проводится по МИ 1746-87 (ГСИ. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.Термопреобразователи образцовые платинородий-платинородиевые ПР 30/6. Методика поверки). Стандарты доступны для ознакомления в разделе «Российские и межгосударственные стандарты». Поверка эталонных термопар проводится методом калибровки в реперных точках МТШ-90 и сличением в печах с термопарой более высокого разряда.
Проанализируем технические требования и существующие методы поверки эталонных термопар 1 разряда в реперных точках МТШ-90
|
ГОСТ Р 52314-2005 (основные метрологические хар-ки) |
ГОСТ Р 8.611-2005 (методы) |
МИ 1746-87 (методы) |
|
|
мкВ |
в темпер. эквиваленте °С |
||
|
Диапазон температур: ППО 300-1100 °С, ПРО 600-1800 °С Допустимые значения ТЭДС в реперных точках: ППО: Zn 3447 ± 14 мкВ Al 5860 ± 17 мкВ Cu 10574 ± 30 мкВ ПРО: Al 2167 ± 11 мкВ Cu 5630 ± 26 мкВ Pd 10720 ± 45 мкВ Pt 13229 ± 51 мкВ |
419,5386 ± 1,45 °С 660,3107 ± 1,63 °С 1084.552 ± 2,5 °C
660,316 ± 1,7 °С 1084,662 ± 2,7 °С 1553, 491 ± 3,86 °С 1768,54 ± 4,41 °С (непонятно, почему средние значения не совпадают с температурами реперных точек по МТШ-90 ???) |
Проверяют результаты градуировки в реперных точках и сравнивают значения ТЭДС с требованиями. |
Проверяют результаты градуировки в реперных точках и сравнивают значения ТЭДС с требованиями.
Требования расходятся с ГОСТ Р 52314-2005
Cu 5630 ± 36 мкВ Pd 10721 ± 53 мкВ Pt 13228 ± 60 мкВ |
|
Нестабильность в точке меди ППО ± 3 мкВ ПРО ± 4 мкВ |
± 0,25 °С ± 0,41 °С |
Измеряют ТЭДС в точке меди, отжигают ТП при 1100 °С и повторяют измерения |
Измеряют ТЭДС в точке меди, отжигают ТП при 1450 °С 4 ч и повторяют измерения |
|
Нестабильность за межповерочный интервал ППО Cu ± 5 мкВ ПРО Pd ± 10 мкВ Pt ± 15 мкВ |
± 0,42 °С ± 0,86 °С ± 1,29 °С |
Сравнивают измеренную ТЭДС в точках меди, палладия и платины с данными предыдущего свидетельства о поверке. |
Сравнивают измеренную ТЭДС в точках меди, палладия и платины с данными предыдущего свидетельства о поверке. |
|
Неоднородность термоэлектродов – 250-300 мм ППО (при 1100 °С) ± 3 мкВ ПРО (при 1450 °С) ± 8 мкВ |
± 0,25 °С ± 0,26 °С |
Сравнивают измеренную ТЭДС при 1100 °С на двух глубинах погружения 250 и 300 мм |
Сравнивают измеренную ТЭДС при 1450 °С на двух глубинах погружения 250 и 300 мм |
|
Доверительная погрешность
ППО: Zn ± 0,3 °С Al ± 0,4 °С Cu ± 0,6 °C
ПРО: Al ± 0,5 °С Cu ± 0,7 °C Pd ± 1,4 °С Pt ± 2,0 °C
|
Нет расчета доверительной погрешности. Нормируется повторяемость результата в реп. точках.
Zn, Al ± 1,5 мкВ (0,15 °C) Сu ± 2 мкВ (0,20 °С) |
Нет расчета доверительной погрешности. Нормируется повторяемость результата в реп. точках.
Pt ± 20 мкВ (1,7 °С) Pd ± 5 мкВ (0,43 °C) Сu ± 3 мкВ (0,25 °С) |
|
Главным недостатком существующих стандартов и методик на поверку термопар является отсутствие итоговой оценки измерительных возможностей лаборатории и расчета доверительных границ погрешности. Таким образом доверительная погрешность, установленная в стандарте не технические требования к термопарам никак не проверяется. При поверке исследуется только нестабильность термопары и контролируется повторяемость результата градуировки на двух площадках в реперных точках. При переработке стандартов на поверку термопар следует учесть международный опыт и рассмотреть возможность оценивания расширенной неопределенности измерений.
Существует международная рекомендация Европейской кооперации для аккредитации (ЕА), её можно скачать здесь:EURAMET/cg-08/v.01 Calibration of Thermocouples (previously EA-10/08) 2007
Перевод приложения документа ЕА 4/02 с примером расчета неопределенности при поверке термопары типа нихросил-нисил в печи методом сличения с образцовой термопарой здесь: Приложение S5 документа ЕА 4/02 – рус. перевод (.pdf)
В настоящее время начата работа по разработке нового стандарта на поверку ПР термопар взамен методики МИ 1746-87. Первый проект стандарта, а также отзывы на него публикуются в разделе «Проекты стандартов».
Программное обеспечение для поверки термопар и термометров сопротивления
Использование аттестованного ПО – одно из необходимых условий для аккредитации калибровочной или испытательной лаборатории.
В программе TermoLab решаются наиболее распространенные и необходимые каждому пользователю и поверителю термометров и термопар задачи:
- расчет температуры по сопротивлению термометра или по ЭДС термопары (любого типа) с применением стандартных зависимостей (НСХ) и индивидуальных градуировочных функций. Предусмотрен ввод исходных данных с клавиатуры или копирование из электронных таблиц.
- обратный расчет сопротивления термометра или ЭДС термопары по значению температуры.
- расчет индивидуальной градуировочной функции платиновых термометров сопротивления с использованием методики МТШ-90 во всех поддиапазонах температур плюс расширение основного диапазона МТШ-90 до 1084,62 °С (точка меди) и возможность использования для градуировки при низких температурах точки кипения азота.
- расчет индивидуальной градуировочной функции Каллендара-Ван Дюзена для платиновых термометров сопротивления в диапазоне от -189 до 1085 °С. Расчет производится методом МНК с использованием произвольного количества градуировочных точек.
- расчет индивидуальной градуировочной функции эталонных термопар типов S, B, R по результатам измерений в реперных точках. Использован новый аттестованный алгоритм расчета, основанный на вычислении функции отклонения от НСХ. Выводятся все коэффициенты индивидуальной функции E(t) калибруемой термопары и таблица ТЭДС с интервалом в 100 °С. Для любых заданных значений ТЭДС можно рассчитать температуру по индивидуальной градуировочной функции.
- расчет отклонений от НСХ и проверка класса точности для рабочих термопар по результатам сличений с эталонной термопарой. Градуировка эталонной термопары выбирается из базы данных.
Предусмотрена возможность сохранения всех градуировок в базе данных и распечатка протоколов калибровки.
Метрологическая аттестация программного обеспечения (ПО) для расчета градуировочных характеристик контактных датчиков температуры TermoLab (Версия 1.0.5.XX) проведена в ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в соответствии с ГОСТ Р 8.654-2009 «ГСИ. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения», МИ 2955-2010 «Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений» и стандартом СК 02-30-10 системы менеджмента качества ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» «Программное обеспечение обработки данных при измерениях. Общие положения и порядок проведения метрологической аттестации». Cвидетельство об аттестации.
Программа поставляется в полной комплектации или в частичной комплектации в зависимости от потребностей заказчика.
Подробно о программе, возможных комплектациях, стоимости, условиях приобретения см. раздел "Аттестованное программное обеспечение"