紫外線高壓汞燈輻照度值測量結(jié)果的不確定度評定

左方圓

摘要：文章說明了紫外線高壓汞燈的輻照度值測量結(jié)果的不確定度評定方法。通過引入數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合試驗(yàn)室的實(shí)際情況，合理分析了輸入量、不穩(wěn)定性、量化誤差及安裝與調(diào)試等因素引入的不確定度分量，從而首次評定了紫外線高壓汞燈的輻照度值測量結(jié)果的不確定度。

Abstract： The article introduces a method of evaluation of uncertainty in measurement of ultraviolet irradiance of ultraviolet high-pressure mercury lamp. By introducing a mathematical model and combining with the actual situation of the laboratory， some uncertainty components are reasonably analyzed， such as input quantity， instability， quantization error， installation and commissioning， etc.， thereby evaluating the uncertainty in measurement of ultraviolet irradiance of ultraviolet high-pressure mercury lamp for the first time.

關(guān)鍵詞：紫外線高壓汞燈;輻照度值;不確定度

Key words： ultraviolet high-pressure mercury lamp;ultraviolet irradiance;uncertainty

中圖分類號：TB96? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0234-02

0? 引言

高壓汞燈的波段范圍包括紫外區(qū)至紅外區(qū)，其中紫外區(qū)的應(yīng)用最為廣泛。其主要用于油墨固化、曬圖、軟包裝彩印、紙張上光、竹木地板、油漆涂料、印鐵制罐線路板，電子元件的固化及塑料和橡膠的老化實(shí)驗(yàn)等。在傳統(tǒng)的紫外光固化中，主要應(yīng)用了高壓汞燈365nm波段。為確保紫外線燈達(dá)到理想的固化效果，需要檢測紫外線高壓汞燈的輻照度值。本文主要介紹了一種紫外線高壓汞燈的輻射照度值測量結(jié)果的不確定度評定方法。

1? 測量方法

將被測燈和紫外輻照度計(jì)按工作位置的規(guī)定放置，并使燈和各部件的中心處在同一主軸線上。調(diào)節(jié)被測燈與紫外輻照度計(jì)接收器的距離，直接測量此距離時被測燈的紫外輻照度值（以GGZ125型燈為例，主波長365nm，當(dāng)被測燈與紫外輻照度計(jì)接收器的距離為1m時，測得輻照度極限值為0.52mW/cm2）。

2? 建立數(shù)學(xué)模型

2.1 數(shù)學(xué)模型

式中：E——在距離為l的條件下讀取的紫外輻照度值，單位為毫瓦每平方厘米（mW/cm2）;Er——在1m距離下的輻射照度值，單位為毫瓦每平方厘米（mW/cm2）;l——被測燈與接收器間的距離，單位為米（mW/cm2）;lr——被測燈與接收器間的距離為1m。

2.2 靈敏度系數(shù)

3? 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（Er）的評定

輸入量Er的不確定度來源主要是紫外輻照度計(jì)的測量重復(fù)性，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進(jìn)行評定。

對一臺輻照度計(jì)，選擇0.52mW/cm2標(biāo)準(zhǔn)測量點(diǎn)，連續(xù)測量10次，得到測量列0.48，0.53，0.51，0.54，0.49，0.50，0.52，0.55，0.47，0.54mW/cm2。

任意選取三臺同類型的輻照度計(jì)，各在重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，共得到3組測量列，每組測量列分別按上述方法計(jì)算得到單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差如表1所示。

實(shí)際測量時，在重復(fù)性條件下連續(xù)測量5次，以5次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果，則可得到不確定度為：

3.2 紫外光源的不穩(wěn)定性引入的不確定度u2（Er）的評定

有實(shí)驗(yàn)得知，紫外線高壓汞燈30分鐘內(nèi)的不穩(wěn)定性約為0.08mW/cm2，為矩形分布，半寬度約為0.04mW/cm2，其不確定度分量為：

3.3 紫外光源的不均勻性引入的不確定度u3（Er）的評定

由實(shí)驗(yàn)得知，紫外線高壓汞燈在？準(zhǔn)20mm范圍內(nèi)的均勻性為0.06mW/cm2，為矩形分布，半寬度為0.03mW/cm2，其不確定度分量為：

3.4 比對紫外輻照度計(jì)的安裝與調(diào)試引入的不確定度u4（Er）的評定

比對紫外輻照計(jì)安裝時主要是角度調(diào)整及光軸的調(diào)整帶來一定誤差，實(shí)驗(yàn)中將比對輻照計(jì)上、下、左和右旋轉(zhuǎn)10度角時最大誤差為0.10mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.05mW/cm2，其不確定度分量為：

3.5 光路中的雜散輻射引入的不確定度u5（Er）的評定

由實(shí)驗(yàn)得知，光路中雜散輻射最大值為0.04mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.02mW/cm2，其不確定度為：

3.6 比對紫外輻照度計(jì)的量化誤差引入的不確定度u6（Er）的評定

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)距離移動4mm時，比對紫外輻照度計(jì)的示值不變，所以要考慮儀器的量化誤差，比對紫外輻照度計(jì)最小分度值為0.01mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.005mW/cm2，其不確定度為：

3.7 比對紫外輻照度計(jì)不穩(wěn)定性引入的不確定度

由實(shí)驗(yàn)得知，標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)不穩(wěn)定性最大值為0.01mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.005mW/cm2，其不確定度為：

3.8 標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)不穩(wěn)定性引入的不確定度

由實(shí)驗(yàn)得知，標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)不穩(wěn)定性最大值為0.02mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.01mW/cm2，其不確定度分量為：

3.9 標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)不穩(wěn)定性引入的不確定度

由中國計(jì)量院提供的標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)的量值溯源不確定度為5.8%，k=1，則不確定分量為：

3.10 標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)量化誤差引入的不確定度

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)距離移動4mm時，標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)的示值不變，所以要考慮儀器的量化誤差，標(biāo)準(zhǔn)紫外輻照度計(jì)最小分度值為0.01mW/cm2，為矩形分布，半寬為0.005mW/cm2，其不確定度為：

3.11 輸入量l的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（l）的評定

輸入量l的不確定度主要來源于測量距離的不確定度及被測光源與輻照度計(jì)探測器調(diào)節(jié)的不確定度兩部分組成，均用B類方法評定。

3.11.1 輸入量l1的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（l1）的評定

依據(jù)規(guī)定：光軌測距米尺1m內(nèi)的總誤差不大于0.2mm。此項(xiàng)服從均勻分布，則測量距離的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.11.2 被測光源與輻照度計(jì)探測器調(diào)節(jié)的不確定度的評定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)資料判定，被測光源與輻照度計(jì)探測器調(diào)節(jié)帶來的對l值的影響不會超過±1mm，且服從三角分布，則此不確定度為：

3.12 輸入量lr的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（lr）的評定

依據(jù)輸入量l的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（l）的評定方法可知，輸入量lr的不確定度主要來源于測量距離的不確定度及被測光源與輻照度計(jì)探測器調(diào)節(jié)的不確定度兩部分組成，均用B類方法評定。

4? 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到：

5? 擴(kuò)展不確定度的評定

取k=2，擴(kuò)展不確定度為

6? 結(jié)論

通過以上方法的介紹和對其測量結(jié)果的不確定分析，從而實(shí)現(xiàn)了紫外線高壓汞燈的輻照度值的測量，并完成了紫外線高壓汞燈的輻照度值測量結(jié)果不確定度的評定。上述模型同樣適用于其它型號的紫外線高壓汞燈的輻照度值測量結(jié)果的不確定評定。

參考文獻(xiàn)：

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