370數(shù)字氣壓儀測量結(jié)果不確定度分析

張 維，黃清治，韓書新，逄淑蕾

（黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心，哈爾濱 150030）

傳統(tǒng)的誤差評定由于其邏輯概念上的混亂及評定方法的不統(tǒng)一，進(jìn)而引發(fā)出了測量結(jié)果不確定度的評定。測量不確定度評定方法及不確定度報告的表示方式都有明確的規(guī)定，使不同的國家和地區(qū)，以及不同的測量領(lǐng)域在表示測量結(jié)果極其不確定度時，具有相同的含義。

370數(shù)字氣壓儀（以下簡稱370）是國家局下發(fā)的省級大氣壓力計量標(biāo)準(zhǔn)器，靈敏度好、普及率高、操作簡單方便，可以適用于實驗室內(nèi)檢定及自動站現(xiàn)場檢定工作。作為省級計量標(biāo)準(zhǔn)，370的檢定結(jié)果可信度影響量值溯源的結(jié)果及省級氣象計量站的標(biāo)準(zhǔn)考核工作。

1 概述

1.1 測量原理

用已經(jīng)過量值溯源的大氣壓力標(biāo)準(zhǔn)器——745數(shù)字氣壓計，使用氣壓檢定裝置在不同壓力點下對370的測值進(jìn)行比較。

1.2 測量方法

370主要用來檢定自動氣象站大氣壓力傳感器。本次檢定依據(jù)JJG875-2005《數(shù)字壓力計檢定規(guī)程》及參照J(rèn)JG（氣象）001-2011自動氣象站氣壓傳感器檢定規(guī)程。

1.3 測量標(biāo)準(zhǔn)器

745數(shù)字氣壓計（以下簡稱745），最大允許誤差：0.08hPa。

1.4 環(huán)境條件

溫度：（18～22）℃；

濕度：≤85%RH。

2 建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測量方法，建立如下數(shù)學(xué)模型：

其中：

3 確定各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

JJF1015-1999《測量不確定度評定與表示》中根據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定方法的不同，規(guī)定了測量不確定度分析包括A類評定及B類評定。

A類評定為370測量結(jié)果的重復(fù)性；B類不確定度包含745測量不確定度，量值溯源的不確定度，計算機處理帶來的不確定度。

3.1 測量不確定度的A類評定

370的測量范圍是（500～1 100）hPa，為了提高測量結(jié)果不確定度的準(zhǔn)確性，每隔50hPa選m個點，每點進(jìn)行n次測量(n≥5)，結(jié)果按貝塞爾公式（2）計算標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：

其中：

根據(jù)公式（2）計算370在各壓力點上的標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)值準(zhǔn)確到千分位。結(jié)果見表1。

表1 370在各檢定點上的標(biāo)準(zhǔn)偏差（hPa）

由于是多點檢定法，即有m個點，每個點均進(jìn)行n次檢定(n≥5)，單獨一個點不能代表其他檢定點,因此多個檢定點檢定結(jié)果的A類不確定度用合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)差來表達(dá)更加科學(xué)、準(zhǔn)確、合理。表達(dá)式如式（3）所示：

根據(jù)公式（3）計算合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差為370的A類不確定度ua：

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評定分量的確定

370的B類不確定度評定主要從標(biāo)準(zhǔn)器修正值、370測量的不確定度、檢定設(shè)備的波動度和均勻度等方面考慮。其不確定度分量 表達(dá)式如式（4）所示：

其中：

3.2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)器745的不確定度uB1

標(biāo)準(zhǔn)器745最大允許誤差為0.08hPa，其給測量結(jié)果帶來的不確定度服從均勻分布，取包含因子=1.732，由式（4）得：

3.2.1.2 計算機數(shù)據(jù)處理帶來的修約誤差

本次檢定中計算處理時保留2位小數(shù)，修約誤差最大為0.005hPa，數(shù)據(jù)修約對各點的影響呈均勻分布，取包含因子k=1.732，由式（4）得：

3.2.2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB合

在進(jìn)行B類不確定度的評定時，只有各分量彼此互相獨立即不相關(guān)時，才可以進(jìn)行B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成，表達(dá)式如式（5）所示：

根據(jù)式（5）得

uB合=0.046hPa。

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（A類和B類）

表達(dá)式如式（6）所示：

根據(jù)式（6）得：

uc=0.046hPa。

3.4 確定擴展不確定度U

擴展不確定度為合成不確定度與包含因子的乘積，表達(dá)式如式（7）所示：

一般的擴展不確定度服從正態(tài)分布，取包含因子k=2，結(jié)果保留2位小數(shù)，根據(jù)式（7）得：

4 結(jié)論

370 的不確定度為U=0.09hPa（k=2）。

［1］ JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示［S］.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2013.

［2］ 張建敏，羅昶，呂文華.氣象計量測量指南［M］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2011:18-19，126.

［3］ 李偉，賀曉雷，齊久成.氣象儀器及測試技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2010:177-179.

［5］ 張虎，胡蒼龍，李曉紅.745數(shù)字氣壓計測量結(jié)果不確定度的評定［J］.計量與測試技術(shù)，2012,39（1）：54-57.