Kalibrierung eines Typ N Thermopaares bei 1000 °C Ofentemperatur

Autor: DKD
Dieses Beispiel wurde der DKD-3-E1 entnommen (siehe unter S5).

Ein Typ N Thermopaar wird durch Vergleich mit zwei Typ R Referenzthermopaaren in einem horizontalen Ofen bei einer Temperatur von 1000 °C kalibriert. Die Temperatur der Messstelle (heiße Lötstelle) des zu kalibrierenden Thermopaares ist als Mittel der Temperaturen der heissen Lötstelle des Referenzthermopaares gegeben.

Modellgleichung:

tX = tS + δtS + CS × (δViS1 + δViS2 + δVR) - CS / CS0 × δt0S + δtD + δtF

Liste der Größen:

Größe	Einheit	Definition
tX	°C	Die Temperatur der Messstelle des zu kalibrierenden Thermopaares
tS	°C	Temperatur des Referenzthermometers in Abhängigkeit von der Spannung, wenn die Vergleichsstelle bei 0 °C liegt. Die Funktion ist im Kalibrierschein angegeben.
δtS	°C	Temperaturkorrektion des Referenzthermopaares aufgrund ihrer Kalibrierung
CS0	°C/µV	Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare bei der Vergleichstemperatur von 0 °C
CS	°C/µV	Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare bei der Meßtemperatur von 1000 °C
δViS1	µV	Spannungskorrektionen aufgrund der Kalibrierung des Voltmeters
δViS2	µV	Spannungskorrektionen aufgrund der begrenzten Auflösung des Voltmeters
δVR	µV	Spannungskorrektion aufgrund von Kontakteffekten des Umschalters
δt0S	°C	Temperaturkorrektionen aufgrund der Abweichung der Vergleichstemperaturen von 0 °C
δtD	°C	Änderung der Werte der Referenzthermometer seit ihrer letzten Kalibrierung aufgrund von Driften
δtF	°C	Temperaturkorrektion aufgrund von Inhomogenitäten der Ofentemperatur

tS:	Typ A Methode der Beobachtung: Direkt Anzahl der Beobachtungen: 1 Nr. Beobachtung 1 1000.5 °C Arithmetischer Mittelwert: 1000.500 °C Zusammengefasste Standardabweichung: 0.10 °C Freiheitsgrad des Schätzwerts: 9 Standardabweichung des Mittelwerts: 0.100 °C

BEOBACHTUNGEN: Die vom Voltmeter angezeigten Spannungen werden vorher aufgezeichnet, bei dem die Effekte der Temperaturdrift in der Wärmequelle und der Thermospannungen im Messkreis vermindert werden (siehe DKD-3-E1: S5.15). Die Beobachtungen werden zu nur einer Beobachtung zusammengefasst, die die Temperatur des Ofens am Ort des zu kalibrierenden Thermopaares angibt. In analoger Weise wird eine Beobachtung der Spannung des zu kalibrierenden Thermopaares ermittelt. Zur Ermittlung der diesen Beobachtungen beizuordnenden Standardmessunsicherheit wurde in einer früheren Messung eine aus zehn Beobachtungen bestehende Messreihe bei der gleichen Betriebstemperatur gewonnen. Sie ergab eine zusammengefasste Abschätzung der Standardabweichung für die Temperatur des Ofens und die Spannung des zu kalibrierenden Thermopaares.

δtS:	Typ B Normalverteilung Wert: 0.0 °C Erweiterte Messunsicherheit: 0.3 °C Erweiterungsfaktor: 2

REFERENZNORMALE: Die Referenzthermopaare werden mit Kalibrierscheinen geliefert, in denen die Temperatur an der Messstelle bei einer Temperatur der Vergleichsstelle von 0 °C in Abhängigkeit von der Spannung an ihren Zuleitungen gegeben ist. Die zugeordnete erweiterte Messunsicherheit bei 1000 °C beträgt U = 0,3 K (Erweiterungsfaktor k=2).

CS0:	Konstante Wert: 0.189 °C/µV

CS:	Konstante Wert: 0.077 °C/µV

SPANNUNGSEMPFINDLICHKEITEN: Die Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare sind Referenztabellen entnommen.

δViS1:

Typ B Normalverteilung Wert: 0.0 µV Erweiterte Messunsicherheit: 2.0 µV Erweiterungsfaktor: 2.0

KALIBRIERUNG DES VOLTMETERS: Das Voltmeter ist kalibriert. Alle abgelesenen Spannungen sind entsprechend korrigiert. Der Kalibrierschein gibt für Spannungen kleiner als 50 mV eine konstante erweitere Messunsicherheit von U = 2,0 µV an (Erweiterungsfaktor k=2 ).

δViS2:

Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 µV Halbbreite der Grenzen: 0.5 µV

AUFLÖSUNG DES VOLTMETERS: Ein 4½-stelliger Mikrospannungsmesser ist in seinem 10 mV-Bereich benutzt worden, d.h. die Auflösungsgrenzen der Anzeige betragen ±0,5 µV.

δVR:	Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 µV Halbbreite der Grenzen: 2.0 µV

STÖRSPANNUNGEN: Restoffsetspannungen, die auf Kontaktspannungen des Umschalters zurückzuführen sind, liegen innerhalb ±2 µV.

δt0S:

Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 °C Halbbreite der Grenzen: 0.1 °C

VERGLEICHSTEMPERATUREN: Die Temperatur der Vergleichspunkte der einzelnen Thermopaare betragen 0 °C mit maximalen Abweichungen von ±0,1 K.

δtD:	Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 °C Halbbreite der Grenzen: 0.3 °C

DRIFT DER REFERENZNORMALE: Aus früheren Kalibrierungen werden die Driften der Referenznormale auf Null mit den Grenzen von ±0,3 K abgeschätzt.

δtF:	Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 °C Halbbreite der Grenzen: 1 °C

TEMPERATURINHOMOGENITÄTEN: Die Temperaturgradienten im Ofen sind gemessen worden. Bei 1000 °C liegen die Abweichungen aufgrund der Inhomogenitäten der Temperatur im Messbereich in den Grenzen von ±1 K.

Messunsicherheits-Budgets:

t_X: Die Temperatur der Messstelle des zu kalibrierenden Thermopaares

Größe	Wert	Standardmess- unsicherheit	Verteilung	Sensitivitäts- koeffizient	Unsicher- heitsbeitrag	Index
tS	1000.500 °C	0.100 °C	Normal	1.0	0.10 °C	2.4 %
δtS	0.0 °C	0.150 °C	Normal	1.0	0.15 °C	5.5 %
CS0	0.189 °C/µV
CS	0.077 °C/µV
δViS1	0.0 µV	1.00 µV	Normal	0.077	0.077 °C	1.4 %
δViS2	0.0 µV	0.289 µV	Rechteck	0.077	0.022 °C	0.1 %
δVR	0.0 µV	1.15 µV	Rechteck	0.077	0.089 °C	1.9 %
δt0S	0.0 °C	0.0577 °C	Rechteck	-0.41	-0.024 °C	0.1 %
δtD	0.0 °C	0.173 °C	Rechteck	1.0	0.17 °C	7.3 %
δtF	0.0 °C	0.577 °C	Rechteck	1.0	0.58 °C	81.2 %
tX	1000.500 °C	0.641 °C

Ergebnisse:

Größe	Wert	Erweiterte Messunsicherheit	Erweiter- ungsfaktor	Überdeckung
tX	1000.5 °C	1.3 °C	2.00	95% (t-Tabelle 95.45%)