環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果不確定度分析

王劍鋒++田馳++李乃潔

摘 要：環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是質(zhì)檢機(jī)構(gòu)常用的樣品檢驗(yàn)前期處理設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確的示值，是產(chǎn)品下一步性能試驗(yàn)出具可靠數(shù)據(jù)的保障和前提。為保證恒溫箱等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備處于良好的狀態(tài)，示值準(zhǔn)確無誤，需對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行溫濕度校準(zhǔn)。根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得出設(shè)備的總不確定度、重復(fù)性，判斷其是否符合JJF1101-2003技術(shù)規(guī)范的要求，是否可以開展恒溫、恒濕箱的檢定工作。為此，該文以恒溫箱為研究對(duì)象，建立了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度校準(zhǔn)裝置，將巡檢儀傳感器放入被檢箱體內(nèi)，分為上、中、下3層區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)位測(cè)量，并對(duì)溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析，給產(chǎn)品檢驗(yàn)提供技術(shù)保證，為相關(guān)設(shè)備的校準(zhǔn)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：恒溫箱 環(huán)境試驗(yàn) 檢定校準(zhǔn) 多點(diǎn)位測(cè)量 溫度偏差 不確定度

中圖分類號(hào)：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（c）-0133-02

1 定義

測(cè)量不確定度定義為“表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。測(cè)量不確定度用于定量表示測(cè)量結(jié)果的可靠程度，它是“說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度”。從詞義上理解，意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。實(shí)際上由于測(cè)量不完善和人們的認(rèn)識(shí)不足，所得的被測(cè)量值具有分散性，即每次測(cè)得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)值[1]。雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個(gè)不變值，但由于人們不能完全認(rèn)知或掌握，只能認(rèn)為它是以某種概率分布存在于某個(gè)區(qū)域內(nèi)，而這種概率分布本身也具有分散性。測(cè)量不確定度就是說明被測(cè)量之值分散性的參數(shù)，它不說明測(cè)量結(jié)果是否接近真值。不確定度的來源通常有：測(cè)量人員引入的不確定度、測(cè)量設(shè)備引入的不確定度、測(cè)量方法引入的不確定度、被測(cè)對(duì)象引入的不確定度以及測(cè)量環(huán)境引入的不確定度。

2 目的

由于測(cè)量設(shè)備是測(cè)量不確定度來源之一，為得到可信的檢驗(yàn)結(jié)果，就需要對(duì)設(shè)備本身的準(zhǔn)確性進(jìn)行了解和明確。以恒溫箱為例，主要是用于樣品試驗(yàn)前的處理的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，被許多檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)大量使用。此類設(shè)備的準(zhǔn)確示值和穩(wěn)定運(yùn)行，是樣品進(jìn)行下一步試驗(yàn)的基礎(chǔ)和保障。為保證設(shè)備處于良好的狀態(tài)，示值準(zhǔn)確無誤，該文建立環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度校準(zhǔn)裝置，對(duì)恒溫箱進(jìn)行校準(zhǔn)，給產(chǎn)品檢驗(yàn)提供技術(shù)保證，為相關(guān)設(shè)備的校準(zhǔn)提供參考依據(jù)。

3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及校準(zhǔn)方法

該文采用比較法，使用環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度巡檢儀（溫度：±0.2 ℃；濕度：±1.5%RH），將巡檢儀傳感器放入被檢箱體內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)位測(cè)量。先后共選取箱內(nèi)中心以及4個(gè)角的數(shù)值。測(cè)試點(diǎn)分布在工作室內(nèi)的上、中、下3層，中層為工作室?guī)缀沃行钠叫杏诘酌娴墓ぷ髅?，測(cè)試點(diǎn)與內(nèi)壁的距離不小于各邊長(zhǎng)的1/10，可加大但不能大于500 mm。測(cè)量方法如下：首先，設(shè)定試驗(yàn)相應(yīng)的溫度、相對(duì)濕度，待溫、濕度恒定后，讀取巡檢儀及被檢箱溫濕度儀表的顯示值，做好記錄。其次，用修正后的巡檢儀的示值減去被檢箱儀表顯示值，即得到被檢箱內(nèi)溫、濕度值修正值。若被測(cè)的恒溫箱內(nèi)有樣品架，則下層測(cè)試點(diǎn)可位于樣品架上方10 mm處。以中心點(diǎn)測(cè)量箱體溫度波動(dòng)度，以溫度測(cè)量最大值與最小值差算出溫場(chǎng)均勻性。

4 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度巡檢儀測(cè)量參數(shù)如下：溫度測(cè)量范圍：-60 ℃～1 000 ℃；分辨力：0.01 ℃；允差：±0.2 ℃。濕度測(cè)量范圍：（10.0～99.0）%RH；分辨率：0.01%RH；允差：±1.5%RH。

5 環(huán)境條件

為保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，檢查試驗(yàn)條件：室溫，濕度≤85%，無振動(dòng)影響，有排水，均符合要求。

6 不確定度分析

溫度測(cè)量設(shè)備有溫度傳感器和數(shù)字溫度顯示儀組成，該套設(shè)備具有溫度修正值。溫度偏差是指設(shè)備溫度顯示儀表示值與中心點(diǎn)實(shí)際溫度之差[1]。

6.1 數(shù)學(xué)模型

（1）

式中：為溫度偏差，℃；

為被檢設(shè)備溫度顯示儀表顯示溫度，℃；

為數(shù)字溫度顯示儀讀數(shù)，℃；

為溫度測(cè)量裝置的修正值（指整體檢定），℃。

6.2 方差與靈敏系數(shù)

式（1）中，，互為獨(dú)立，因而得：

，，

故

6.3 不確定度來源及分析

（1）由引入的不確定度。對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備做15次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量。從設(shè)備顯示儀上讀取15次顯示值，記為，，…，，平均值記為，其測(cè)量值分別為：100.1、100.0、99.9、99.9、100.0、100.1、100.1、100.0、99.9、100.0、100.0、99.9、100.0、99.9、99.8。

根據(jù)公式 （2）

計(jì)算得算術(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差=0.02 ℃。則由15次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 ℃，自由度v。

（2）由引入的不確定度。對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備作15次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，從數(shù)字溫度顯示儀上讀取15次顯示值，記為，，…，，平均值記為，其測(cè)量值分別為：100.16、100.04、100.06、100.05、99.93、100.08、100.24、100.20、100.15、100.13、100.31、100.25、100.18、100.24、100.13.

根據(jù)公式（2），計(jì)算得算術(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差=0.098 21 ℃。則由15次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 ℃，自由度。

（3）由引入的不確定度。從檢定證書知：溫度測(cè)量裝置修正值的擴(kuò)展不確定度=0.1 ℃，以正態(tài)分布估計(jì)，=1.960，=0.1 ℃/1.960=0.051 ℃，。

6.4 不確定度分量

來源1：被測(cè)設(shè)備儀表讀數(shù)重復(fù)性=0.02 ℃，自由度14。

來源2：溫度測(cè)量裝置讀數(shù)重復(fù)性=0.098 21 ℃，自由度14。

來源3：溫度測(cè)量裝置誤差=0.051 ℃，自由度。

（1）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

℃

（2）有效自由度：

根據(jù)公式eff

計(jì)算得eff=1792，取自由度為。

（3）擴(kuò)展不確定度：

c=0.22℃，k=2。

7 結(jié)語

通過對(duì)恒溫箱進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析，得到結(jié)論：該裝置的總不確定度、重復(fù)性，符合JJF1101-2003技術(shù)規(guī)范的要求，可以開展恒溫、恒濕箱的檢定工作。這對(duì)于產(chǎn)品后續(xù)試驗(yàn)示值準(zhǔn)確，檢驗(yàn)結(jié)果客觀、可靠提供了技術(shù)參數(shù)和保證。

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