鉑電阻溫度傳感器檢定結(jié)果的不確定度評定

孫貞　王華章　劉亞男　李華

摘 要：測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。文章介紹了鉑電阻溫度傳感器在氣象應(yīng)用領(lǐng)域的不確定度評定方法。通過分析確定影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溫度計的穩(wěn)定性及不確定度、被檢溫度計的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。在分析不確定度來源和建立模型后，計算出了A類不確定度和B類不確定度，根據(jù)A、B類不確定度結(jié)果計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和自由度，最后得出擴(kuò)展不確定度。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；不確定度；檢定結(jié)果

中圖分類號：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0016-02

1 概述

測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量不確定度是測量系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，也是表征測量質(zhì)量的重要依據(jù)。測量不確定度不僅與計量科學(xué)密切相關(guān)，而且在計量管理和質(zhì)量保證體系中發(fā)揮日益重要的作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代誤差理論研究的前沿和核心問題。

2 檢定方法

2.1 鉑電阻溫度傳感器

鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，具有精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，主要用來測量空氣溫度、地表溫度、淺層地溫等，它具有極佳的可互換性和長期穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于氣象部門。

2.2 檢定方法

依據(jù)JJG（氣象）002-2015《自動氣象站鉑電阻溫度傳感器》檢定規(guī)程，將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計No.10516和被檢溫度傳感器PT100/304同時置入溫度檢定槽內(nèi)，數(shù)據(jù)線接到測溫電橋上，控制槽溫在50℃，待槽內(nèi)液體溫場穩(wěn)定、溫度計也進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，進(jìn)行10次測量， 計算被測量的估計值的試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差（見表1）。

3 不確定度評定方法

3.1 測量模型建立

3.2 不確定度來源及不確定度分量評定

由測量所得的測得值只是被測量的估計值，測量過程中的隨機(jī)效應(yīng)及系統(tǒng)效應(yīng)均會導(dǎo)致測量不確定度。測量不確定度的來源必須根據(jù)實際情況進(jìn)行具體分析，分析時，除了定義的不確定度外，可從測量儀器、測量環(huán)境、測量人員、測量方法等方面考慮。

3.2.1 A類不確定度評定

A類不確定評定是對在規(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)計分析的方法進(jìn)行的測量不確定度分量的評定，是被測量的估計值重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

重復(fù)性測量是指相同測量程序、相同操作者、相同測量條件、相同操作條件和相同地點，并在短時間內(nèi)對同一或相類似被測對象重復(fù)測量得出的一組測量數(shù)據(jù)。

3.2.2 B類不確定度評定

B類不確定度評定是用不同于測量不確定度A類評定的方法對測量不確定度分量進(jìn)行的評定。

該實驗中的B類不確定度即是由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計（含測溫電橋）和溫度檢定槽工作區(qū)域不均勻性等引入的不確定度分量。

（1）測溫電橋的測量誤差引入的不確定度

測溫電橋技術(shù)指標(biāo)給定測量誤差全量程為0.1mk，換算為溫度值為0.0001℃，該誤差為正態(tài)分布，取K=2，引入的不確定度為：Ub1=0.0001/2=0.00005℃，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的自由度v，根據(jù)韋爾奇-薩特思韋特公式求得。

式中：u（Xi）是由B類不確定度得到的Xi的估計值xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，△u（Xi）/u（Xi）是u（Xi）的相對不確定度。其估計值的不可信度為10%，故自由度為：△u（Xi）/u（Xi）=0.1，因此，vB1=（10%）-2/2=50

經(jīng)計算得到，由電橋引入的不確定很小，可忽略不計。

（2）標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計穩(wěn)定性引入的不確定度

JJG160-2007一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定規(guī)程對水三相點（Rtp）穩(wěn)定性要求≤5mK（0.005℃），設(shè)為正態(tài)分布，取k=2，則：UB2=0.005/2=0.0025℃，其估計值的不可信度為10%，自由度為：

（3）標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的不確定度

JJG《國家計量檢定系統(tǒng)表》對一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度不確定度要求為（7.1～0.5mK），根據(jù)氣象業(yè)務(wù)使用范圍要求，按照≤5mK（0.005℃）計算，設(shè)為正態(tài)分布，取k=2，則：UB3=0.005/2=0.0025℃，其估計值的不可信度為20%，故自由度為：

（4）被檢溫度計的分辨力引入的不確定度

（5）溫度檢定槽溫場不均勻性引入的不確定度

3.3 不確定度一覽表（見表2）

4 結(jié)束語

影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溫度計的穩(wěn)定性及不確定度、被檢溫度計的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。通過對氣象用鉑電阻溫度計檢定結(jié)果的計算分析，得出該套溫度計檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：包含概率為95%時，kp=2.13，U95為0.026℃。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG（氣象）002-2015.自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1059.1-2012.測量不確定度評定與表示[S].

[3]劉慶，魏壽方，葉善蓉，等.不確定度在合格評定中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理，2007，1：51-53.endprint