Kalibrierung eines Typ N Thermopaares bei 1000 °C

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 von den Thermopaaren erzeugte EMK wird mit einem Digitalvoltmeter über einen Wahl-/Umschalter gemessen. Alle Thermopaare haben ihre Vergleichsstellen bei 0 °C. Das zu kalibrierende Thermopaar ist über Ausgleichsleitungen mit dem Vergleichspunkt verbunden.

Modellgleichung:

VX = ViX + δViX1 + δViX2 + δVR + δVLX + δtX / CX - δt0X / CX0; δtX = tX - t0;

Liste der Größen:

Größe	Einheit	Definition
VX	µV	Spannung des zu kalibrierenden Thermopaares
ViX	µV	angezeigte Spannungswerte
δViX1	µV	Spannungskorrektionen aufgrund der Kalibrierung des Voltmeters
δViX2	µV	Spannungskorrektionen aufgrund der begrenzten Auflösung des Voltmeters
δVR	µV	Spannungskorrektion aufgrund von Kontakteffekten des Umschalters
δVLX	µV	Spannungskorrektion aufgrund der Ausgleichsleitungen
δtX	°C	Abweichung der Temperatur des Kalibrierpunktes von der Temperatur des Ofens
CX0	°C/µV	Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare bei der Vergleichstemperatur von 0 °C
CX	°C/µV	Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare bei der Messtemperatur von 1000 °C
δt0X	°C	Temperaturkorrektionen aufgrund der Abweichung der Vergleichstemperaturen von 0 °C
tX	°C	Temperatur des Ofens
t0	°C	nominale Temperatur des Kalibrierpunktes

ViX:	Typ A Methode der Beobachtung: Direkt Anzahl der Beobachtungen: 1 Nr. Beobachtung 1 36248 µV Arithmetischer Mittelwert: 36248.00 µV Zusammengefasste Standardabweichung: 1.6 µV Freiheitsgrad des Schätzwerts: 9 Standardabweichung des Mittelwerts: 1.60 µV

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.

δViX1:

Typ B Normalverteilung Wert: 0.0 µV Erweiterte Messunsicherheit: 2 µV Erweiterungsfaktor: 2

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 ).

δViX2:

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.

δVLX:

Typ B Rechteckverteilung Wert: 0.0 µV Halbbreite der Grenzen: 5 µV

AUSGLEICHSLEITUNGEN: Die Ausgleichsleitungen sind in dem Bereich 0 °C bis 40 °C untersucht worden. Aus diesen Messungen werden die Spannungsdifferenzen zwischen den Leitungen und dem Thermopaar auf innerhalb von ±5 µV geschätzt.

δtX:	Zwischenergebnis

KORREKTION DES KALIBRIERPUNKTES: Abweichung der Temperatur des Kalibrierpunktes von der Temperatur des Ofens.

CX0:	Konstante Wert: 0.039 °C/µV

CX:	Konstante Wert: 0.026 °C/µV

SPANNUNGSEMPFINDLICHKEITEN: Die Spannungsempfindlichkeiten der Thermopaare sind Referenztabellen entnommen.

δt0X:

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.

tX:	Typ B Normalverteilung Wert: 1000.5 °C Erweiterte Messunsicherheit: 0.641 °C Erweiterungsfaktor: 1.0

TEMPERATUR DES OFENS: Die Temperatur des Ofens wird in einem zweiten Budget evaluiert.

t0:	Konstante Wert: 1000.0 °C

KALIBRIERPUNKT: Die nominale Temperatur des Kalibrierpunktes beträgt 1000.0 °C.

Zwischenergebnisse:

Größe	Wert	Standardmess- unsicherheit
δtX	0.500 °C	0.641 °C

Messunsicherheits-Budgets:

V_X: Spannung des zu kalibrierenden Thermopaares

Größe	Wert	Standardmess- unsicherheit	Verteilung	Sensitivitäts- koeffizient	Unsicher- heitsbeitrag	Index
ViX	36248.00 µV	1.60 µV	Normal	1.0	1.6 µV	0.4 %
δViX1	0.0 µV	1.00 µV	Normal	1.0	1.0 µV	0.2 %
δViX2	0.0 µV	0.289 µV	Rechteck	1.0	0.29 µV	0.0 %
δVR	0.0 µV	1.15 µV	Rechteck	1.0	1.2 µV	0.2 %
δVLX	0.0 µV	2.89 µV	Rechteck	1.0	2.9 µV	1.3 %
CX0	0.039 °C/µV
CX	0.026 °C/µV
δt0X	0.0 °C	0.0577 °C	Rechteck	-26	-1.5 µV	0.4 %
tX	1000.500 °C	0.641 °C	Normal	38	25 µV	97.5 %
t0	1000.0 °C
VX	36267.2 µV	25.0 µV

Ergebnisse:

Größe	Wert	Erweiterte Messunsicherheit	Erweiter- ungsfaktor	Überdeckung
VX	36267 µV	50 µV	2.00	95% (t-Tabelle 95.45%)