二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定結(jié)果不確定度分析

楊震　冷宇

摘要：不確定度是對測量結(jié)果受測量誤差影響不確定程度的描述，本文依據(jù) 《JJG（氣象）002-2015自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程》完成檢定結(jié)果重復(fù)性試驗(yàn)，并依據(jù)《JJF1059.1-2012 測量不確定度評定與表示》的要求，完成二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定結(jié)果進(jìn)行分析，確保氣象用鉑電阻溫度傳感器觀測數(shù)據(jù)的可靠性。

關(guān)鍵字：鉑電阻溫度傳感器;不確定度，二等鉑電阻

1. 前言

測量不確定度[1]是“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)”。 意味著對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。測量結(jié)果是否可信根據(jù)測量誤差來判斷，但是測量誤差只能體現(xiàn)結(jié)果的短期質(zhì)量。測量過程是否持續(xù)受控，測量結(jié)果是否能保持穩(wěn)定一致，測量能力是否符合相關(guān)要求，就需要用測量不確定度來衡量。測量不確定度越大，表示偏差可能越大;測量不確定度越小，表示數(shù)值可能更穩(wěn)定。不過，不管測量不確定度多小，測量不確定度范圍必須包括真值（一般用約定真值代替），否則表示測量過程已經(jīng)失效。朱樂坤[2]對自動(dòng)氣象站各要素傳感器檢定結(jié)果做了不確定度分析，2014年陳桂生[3]對工業(yè)鉑熱電阻不同檢定方法的可信度進(jìn)行了研究評定;2015年鄭亮等[4]對自動(dòng)氣象站氣象要素計(jì)量性能要求進(jìn)行了探討。

2. 二等鉑電阻溫度計(jì)檢定裝置

二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、高精密直流測溫電橋、制冷恒溫槽和數(shù)字多用表等組成，利用鉑電阻值隨溫度變化而變化的特性，對自動(dòng)氣象站鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行檢定，檢定規(guī)程為《JJG（氣象）002-2015自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程》。

2.1標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)器：一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，測量范圍（-190～+420）℃;

配套設(shè)備：（1）高精密直流測溫電橋，測量范圍0.01Ω～500kΩ，不確定度等級為0.0001級;（2）制冷恒溫槽，波動(dòng)度：≤±0.01℃/30min，均勻度：≤0.01℃;（3）數(shù)字多用表：測量范圍100 -1000 ，測試分辨率0.1 。

2.2 測量對象

自動(dòng)氣象站鉑電阻溫度傳感器。

2.3 檢定環(huán)境條件

溫度要求：（15～30）℃;濕度要求：（30～80）%RH。

實(shí)際情況溫度：（15～25）℃;實(shí)際濕度：（40～70）%RH。

3. 檢定結(jié)果不確定度分析

3.1 不確定來源的分析

根據(jù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理，在檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定中測量不確定度來源包括：

a）重復(fù)性引入的不確定度;

b）由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)修正值引入的不確定度;

c）恒溫槽的均勻性及穩(wěn)定性所引入的不確定度;

d）被檢溫度計(jì)量器具的分辨力所引入的不確定度。

e）精密測溫電橋引入的不確定度。

3.2 測量模型

二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理是采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)器）與被測溫度計(jì)量器具在各測量點(diǎn)逐一比對的方法確定被測溫度計(jì)量器具的示值誤差。所以被檢溫度計(jì)量器具的示值誤差計(jì)算公式（1）如下：

：被檢溫度計(jì)量器具的示值誤差;

：被檢溫度計(jì)量器具的示值;

：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)值。

式（1）中 ， ， 相互獨(dú)立，可得靈敏系數(shù)：

4. 檢定結(jié)果不確定度計(jì)算：

4.1? 由重復(fù)性引入的A類不確定度

重復(fù)測量時(shí)被測鉑電阻傳感器示值引入的不確定度 ：按檢定規(guī)程要求將制冷恒溫槽分別穩(wěn)定在-10℃、0℃、20℃和50℃，分別對被測傳感器作10次獨(dú)立重復(fù)測試，每隔1分鐘讀取1次標(biāo)準(zhǔn)器、被測傳感器的數(shù)值，10次測試結(jié)果如表1：

根據(jù)表1計(jì)算出合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 按公式（2）計(jì)算：? ? ? ? （2）

算出 ℃。

再根據(jù)公式（3）計(jì)算出由重復(fù)性引入的不確定度 ;

式中：N是檢定過程中各檢定點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀取次數(shù);

根據(jù)檢定規(guī)程，讀取4次測量數(shù)據(jù)，取其平均值作為檢定點(diǎn)的檢定結(jié)果;所以N =4，故 =0.01/2=0.005℃。

4.2? B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度：

由于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的最大允許誤差為±0.05℃，那么計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的修正值 就處于[-0.05，0.05]區(qū)間內(nèi)，在此區(qū)間內(nèi)修正值呈均勻分布，故：

4.2.2 均勻性和穩(wěn)定性引入的不確定度：

恒溫槽的均勻性及穩(wěn)定性所引入的不確定度由于在做重復(fù)性試驗(yàn)時(shí)已體現(xiàn)在讀數(shù)中，故不再重復(fù)計(jì)算。

4.2.3 被檢溫度計(jì)量器具的分辨力：

由于被檢溫度傳感器的分辨力為0.01℃，按均勻分布計(jì)算，那么分辨力所引入的不確定度 。

4.2.4精密測溫電橋引入的不確定度：

自動(dòng)測溫電橋的分辨力為1 ，不確定度半寬為0.05 ，按均為分布計(jì)算 ，換算成溫度可以忽略不計(jì)。

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于以上各項(xiàng)不確定度獨(dú)立不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計(jì)算：

性引入的不確定度大于分辨力引入的不確定度，此時(shí)重復(fù)性中已經(jīng)包含了分辨力對檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的影響，故不再考慮分辨力引入的不確定度。所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定 按下式計(jì)算：

4.4 擴(kuò)展不確定度

5. 結(jié)論

本文給出了二等鉑電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置組成，并按照《JJG（氣象）002-2015自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程》完成傳感器重復(fù)性試驗(yàn)，并對依次計(jì)算了測量結(jié)果的不確定度分量，最終計(jì)算合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。

參考文獻(xiàn)

[1] 《JJF1059.1-2012 測量不確定度評定與表示》[S].

[2]? 朱樂坤，鄭麗春.自動(dòng)氣象站各要素傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（5）：635-642.

[3]陳桂生.工業(yè)鉑熱電阻不同檢定方法檢定結(jié)果可信度研究[J].中國測試，2014，11，40（6）：17-21.

[4]鄭亮.JJG自動(dòng)氣象站氣象要素計(jì)量性能要求合理性探討[J].氣象科技，2015，43（2）：207-210.

作者簡介：楊震（1988-）男，河南信陽人，碩士，工程師，從事計(jì)量檢定工作。