CN111024265A - 一种管式炉进行热电偶标准的稳定性考核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，不简单的以标准偶的控温偏差及控温稳定性来进行判断，而是通过标准与被校计算出每支被校的实时误差以后，再对每支被校最近几次的误差进行标准差的计算，以能达到在最高校准效率下所有被校偶及标准偶都能充分感温，以便能减小热电偶校准数据的不确定度，提高校准数据的质量,可针对不同工况的热电偶校准，有效解决因增加均温块引起温度传导滞后及标准偶、被校偶感温不同步的问题。

Description

一种管式炉进行热电偶标准的稳定性考核方法

技术领域

本发明涉及温度计量技术领域,具体涉及一种管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法。

背景技术

管式炉是一种为热电偶校准提供热源的电加热设备，在校准过程中,需要将炉温控制在测试点附近,使炉温在测试点偏离的范围内,且温度变化达到一定的稳定性要求后,既可以开始扫描测量标准热电偶及被校热电偶的数据，以下对两者简称标准偶、被校偶。

在国家最新现行规范中,为减小因管式炉空载及负载引起温场均匀性的变化问题，在管式炉中采取增加均温块的方法，这种方式因增加均温块后，会引起温度传导滞后及标准偶、被校偶感温不同步等新的问题：传统热电偶校准是以标准偶的控温偏差及控温波动性作为判定条件，但管式炉增加均温块后，装载不同直径、不同数量的被校偶都会引起不同量的感温滞后、标准被校感温不同步，所以针对不同工况的热电偶校准，仍以标准偶的控温偏差及控温稳定性作为唯一判定条件已不尽合理，会造成采集数据的质量较差、数据重复性差，读数的误差带入***的不确定度分量会更大。

发明内容

本发明就是针对管式炉中因增加均温块引起温度传导滞后及标准偶、被校偶感温不同步的问题，而提供一种管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，用于适应不同工况的热电偶校准，以能达到在最高校准效率下所有被校偶及标准偶都能充分感温，以便能减小热电偶校准数据的不确定度，提高校准数据的质量和采集效率。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，通过标准偶与被校偶的采集数据，计算出每支被校偶的实时误差以后，再对每支被校最近几次的误差进行标准差的计算，当标准差达到设定值以内，则代表该被校偶及标准偶达到充分感温状态，该被校偶的稳定性考核结束，则可以进行下一步，扫描采集数据。具体包括步骤如下：

(1)对管式炉快速升温，通过电测仪器对标准偶和被检偶信号进行数据测量，当标准偶信号到达设定的校准点温度附近时，进行精密控温,确保炉温稳定；所述的电测仪器采用高精度数字万用表或专用测温仪，比如KEITHLEY 2010型号的电测仪器；

(2)判断达到一定条件时，开始进行重复性测试采集，每隔固定的时间，对标准偶及所有被校偶进行数据采集，计算出每支被校偶的误差，将采集的数据及计算后的每支被校的误差，均存入动态的数组结构中；

(3)重复性测试采集数据达到一定数量时，将每支被校偶的最近几次的误差，以先进先出的原则，作为一个数据集，计算该数据集的标准差；

(4)判断是否满足扫描测量条件，实时计算每支被校偶最近几次误差值的标准差，判断每支被校的标准差均小于某个设定数据时，则认为被校偶及标准偶已经充分感温，可以进行下一步扫描测量。

步骤(2)中所述的动态的数组Repeat{

被校1(数据1，误差1)，(数据2，误差2)，(数据3，误差3)…….(数据 n，误差n)

被校2(数据1，误差1)，(数据2，误差2)，(数据3，误差3)…….(数据n，误差n)

…被校m(数据1，误差1)，(数据2，误差2)，(数据3，误差3)…….(数据 n，误差n)}。

进一步地，步骤(3)标准差为该数据集所有数减去其平均值的平方和，所得结果除以该组数之个数，再把所得值开根号，就是这组数据集的标准差，公式为

其中，N为数据集的个数，xi为某支被校的第i个误差，μ为该误差数据组平均值。

进一步地，步骤(4)中判断被校偶及标准偶都能充分感温的条件为，计算的被校偶的误差值应该是一个相对固定的值，且数据集的标准差越小，越说明被校偶的误差值基本固定，即越能说明管式炉的热平衡趋于稳定，反之，如果标准差越大，则说明被校偶的误差值离散程度高，即管式炉所有被校偶及标准偶还未能充分感温。

进一步地，步骤(2)中，重复性测试采集的条件为，根据标准偶的控温偏差及控温稳定性作为前提，通过精确控温，确保控温偏差满足要求且波动范围小于设定值时，才开始重复性测试。

进一步地，上述先进先出的原则解释为：计算标准差时，使用的该被校偶的最新采集数组中的相临近的误差值，组成一组数据集，则数据集为：(误差_n，误差_n-1，误差_n-2…)，然后计算其标准差。

本发明的有益效果为：实施新规程后，增加均温块引起温度传导滞后及标准偶、被校偶感温不同步，单纯地以标准偶的控温偏差及控温稳定性作为唯一判定条件，会造成采集数据的质量较差、数据重复性差，读数的误差带入***的不确定度分量会更大，增大校准结果的不确定度。本发明在采用带均温块的管式炉中进行热电偶校准的稳定性考核方法后，能达到在最高校准效率下所有被校偶及标准偶都能充分感温，以便减小热电偶校准数据的不确定度，提高校准数据的质量和采集效率的目的。

附图说明

图1为本发明步骤流程图；

图2为重复性测试标准差及被校偶误差时间关系图；

图3为本发明实施例某被校偶的动态采集数据组表1。

具体实施方式

本发明所述热电偶检定,将标准热电偶套上保护管,与套上绝缘瓷珠的被校热电偶用细镍铬丝捆扎成一束,捆扎时将被校热电偶的测量端围绕高铝保护均匀分布一周，然后将热电偶束***管式炉内的均温块至底部,其测量端与标准热电偶的测量端处于同一个径向截面上。标准热电偶处于管式炉轴线位置上，热电偶测量端处于炉内最高均匀温区，炉口处用绝缘耐火材料封堵。

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体例子，进一步阐述本发明。

标准偶为标准铂铑10-铂热电偶,被校热电偶为N型热电偶，校准点为 800℃，标准器证书值为：E(Zn)＝3.4468mV,E(Al)＝5.8640mV,E(Cu)＝10.5834mV, 标准偶在800℃的证书值计算应为7.3509mV,被校偶为10支热电偶，只取其中的一组数据进行说明。

上述标准器证书值为标准热电偶证书上的检定结果数据。

开始校准热电偶，首先管式炉快速升温，当标准偶的信号反应炉温升温至校准点温度设定值800±5℃时，需要精密控温。

精密控温是通过PID控温算法及控温装置执行机构实现对管式炉的控温，依据《JJF 1637-2017廉金属热电偶校准规范》对标准偶信号换算的温度值进行温度偏差及温度波动性的考核判定,当标准偶的温度偏离管式炉设定温度点±5℃以内，且标准偶温度变化每分钟不超过0.2℃，则定义为进入精密控温。

达到一定条件后，开始重复性测试数据，每隔固定的时间，本例为间隔1 分钟,对标准热电偶及所有被校热电偶进行数据采集，采集数据如图3表1的第 2列，第3列分别为标准的数据及被校1的数据，然后根据校准规范要求,计算出每支被校的误差,如表1的第5列为被校1计算后的误差，将采集的数据及计算后的每支被校的误差，均存入动态的数组结构中。

依据校准规范要求，上述计算被校的误差Δt_被公式如下：

Δe_被＝e_被(t)-e_分

e_标证：标准热电偶证书上某校准点的热电动势值；

e_分：被校热电偶分度表上查得的某校准温度点的热电动势；

e_补：补偿导线修正值；

分别表示被校、标准热电偶在某校准温度点附近，测得的热电动势算术平均值；

S_被、S_标：分别表示被校、标准热电偶在某校准温度点的微分热电动势。

如图3表1为采用新发明的方法后的测试数据。

本实例为采集3次重复性数据后，作为一个数据集，计算其标准差，如表1中，首先根据数据集1{1.81，1.62，1.53}计算第一个标准差，计算过程如下：_μ＝1.65℃

计算结果为0.14℃

然后根据先进先出的原则，根据数据集2{1.62，1.53，1.23}，计算第二个标准差，计算过程如下：

_μ＝1.46℃

计算结果为0.20℃

以此类推，依次计算标准差。

判断标准差是否满足要求，如果不能满足要求，继续进行重复性测试，继续存入动态数组，计算最近的标准差，直至满足要求为止，即可进行扫描测量。

根据表1的测试数据，可以看出，被校1的误差越来越接近某一个固定值，被校1的标准差越来越小，接近于零，如图2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进在不付出创造性劳动前提下也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，通过标准偶与被校偶的采集数据，计算出每支被校偶的实时误差以后，再对每支被校最近几次的误差进行标准差的计算，当标准差达到设定值以内，则代表该被校偶及标准偶达到充分感温状态，该被校偶的稳定性考核结束，则可以进行下一步，扫描采集数据。

2.根据权利要求1所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)对管式炉快速升温，通过电测仪器对标准偶和被检偶信号进行数据测量，当标准偶信号到达设定的校准点温度附近时，进行精密控温,确保炉温稳定；

(2)判断达到一定条件时，开始进行重复性测试采集，每隔固定的时间，对标准偶及所有被校偶进行数据采集，计算出每支被校偶的误差,将采集的数据及计算后的每支被校的误差,均存入动态的数组结构中；

(3)重复性测试采集数据达到一定数量时，将每支被校偶的最近几次的误差，以先进先出的原则，作为一个数据集，计算该数据集的标准差；

(4)判断是否满足扫描测量条件，实时计算每支被校偶最近几次误差值的标准差，判断每支被校的标准差均小于某个设定数据时，则认为被校偶及标准偶已经充分感温，可以进行下一步扫描测量。

3.根据权利要求2所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，步骤(2)中所述的动态的数组Repeat{

被校1(数据1,误差1),(数据2,误差2),(数据3,误差3)…….(数据n,误差n)

被校2(数据1,误差1),(数据2,误差2),(数据3,误差3)…….(数据n,误差n)…被校m(数据1,误差1),(数据2,误差2),(数据3,误差3)…….(数据n,误差n)}。

4.根据权利要求2所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，步骤(3)标准差为该数据集所有数减去其平均值的平方和，所得结果除以该组数之个数，再把所得值开根号，就是这组数据集的标准差，公式为

其中，N为数据集的个数，x_i为某支被校的第i个误差，μ为该误差数据组平均值。

5.根据权利要求2所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，步骤(4)中判断被校偶及标准偶都能充分感温的条件为，计算的被校偶的误差值应该是一个相对固定的值，且数据集的标准差越小，越说明被校偶的误差值基本固定，即越能说明管式炉的热平衡趋于稳定，反之，如果标准差越大，则说明被校偶的误差值离散程度高，即管式炉所有被校偶及标准偶还未能充分感温。

6.根据权利要求2所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于，步骤(2)中,重复性测试采集的条件为,根据标准偶的控温偏差及控温稳定性作为判断基础,通过精密控温，确保控温偏差满足要求且波动范围小于设定值时,才开始重复性测试。

7.根据权利要求2所述的管式炉进行热电偶校准的稳定性考核方法，其特征在于步骤(3)中,先进先出的原则解释为：计算标准差时,使用的该被校偶的最新采集数组中的相临近的误差值,组成一组数据集,则数据集为:(误差_n,误差_n-1,误差_n-2…),然后计算其标准差。

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