關(guān)于試驗(yàn)設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果不確定度分析評(píng)定

王靜敏

(福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003)

溫度測(cè)量設(shè)備是由兩個(gè)部分組成的，第一部分是溫度傳感器，第二部分是用于鑒定溫濕度的測(cè)量設(shè)備檢查儀，該套裝置具有相對(duì)應(yīng)的溫度校準(zhǔn)值。保證環(huán)境試驗(yàn)裝置處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，工作空間各個(gè)測(cè)量點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)測(cè)，所得的最高溫度以及設(shè)定的溫度存在上下的偏差，一種是溫度高于設(shè)定值，記為溫度上偏移，一種是溫度低于設(shè)定值，記為溫度下偏移。由此，展開記錄分析。

1.溫度數(shù)據(jù)處理

溫度偏差測(cè)量模型：Δtmax=tmax-ts

式中：Δtmax-溫度上偏差，℃；

Δtmin-溫度下偏差，℃；

tmax-各測(cè)量點(diǎn)規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)量的最高溫度，℃；

tmin-各測(cè)量點(diǎn)規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)量的最低溫度，℃；

ts-溫濕度試驗(yàn)設(shè)備設(shè)定溫度，℃。

2.導(dǎo)致溫度不確定原因分析

被測(cè)設(shè)備儀表可能存在重復(fù)讀數(shù)的問題；

標(biāo)準(zhǔn)器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度讀數(shù)分量；

溫度測(cè)量裝置讀數(shù)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

溫度測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4，從標(biāo)準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)證書中獲得；

標(biāo)準(zhǔn)儀器修正值中所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定性分量；

標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

3.不確定度分量問題分析

3.1 由tmax,tmin 引入的不確定度分析

對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量實(shí)驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備的顯示平均值，可以作10次獨(dú)立或多次重復(fù)的數(shù)據(jù)測(cè)量，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示儀上可以記錄下每個(gè)顯示器上各位置，同時(shí)讀取10 次的數(shù)據(jù)顯示值，記為td1，td2，…，td10，平均值數(shù)據(jù)標(biāo)記格式為，其在40℃為校準(zhǔn)點(diǎn)，記下每次測(cè)量10 組數(shù)據(jù)39.90、39.90、40.00、40.00、40.00、39.90、40.00、40.00、39.90、40.00，由于上偏差與下偏差溫度不確定性數(shù)據(jù)來源及其統(tǒng)計(jì)數(shù)值不一致，因此本文只是以氣體溫度上的上下偏差為實(shí)際應(yīng)用案例，進(jìn)行了偏差不確定度的分析評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式

3.2 由標(biāo)準(zhǔn)儀器分辨力導(dǎo)致引入的非確定度分量分析

標(biāo)準(zhǔn)儀器在分辨率下的測(cè)量力引入的不確定度u2，標(biāo)準(zhǔn)儀器的區(qū)間分辨力長度范圍大小為0.01℃，不大于確定的長度區(qū)間范圍區(qū)間半寬0.005℃，服從均勻的區(qū)間分布，則根據(jù)該區(qū)間分辨力值的計(jì)算可得出可以引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器不大于確定的長度區(qū)間分量：

3.3 溫度測(cè)量裝置讀數(shù)重復(fù)性u(píng)3

對(duì)于一臺(tái)環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行10次獨(dú)立或多次重復(fù)的測(cè)量，從一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)儀的顯示器上判斷每個(gè)設(shè)備分別讀取10 次的顯示數(shù)據(jù)值，記為 ti1,ti2，…，ti10,量程為-80～0℃,以-50℃為例，其測(cè)量10 次：-50.12、-50.15、-50.23、-50.19、-50.34、-50.26、-50.18、-50.15、-50.08、-50.01。

根據(jù)公式

則由10 次獨(dú)立或非一次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量所直接引入的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定性值的分量值為u3=s（）=0.09℃。

量程為0～100℃，以40℃為例，其測(cè)量10 次：39.95、39.95、39.97、39.91、39.98、39.92、39.95、39.98、39.93、39.89，計(jì)算所要求的實(shí)驗(yàn)算術(shù)誤差平均值為一個(gè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差值，即s（）=0.03℃。則由10 次獨(dú)立或非標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性獨(dú)立重復(fù)溫度測(cè)量引入所對(duì)應(yīng)引入的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立不確定性重復(fù)分量值為u3=s（）=0.03℃。

量程為100～300 ℃，以200 ℃為例，其測(cè)量10 次：199.89、199.92、199.93、199.96、199.94、199.95、199.98、199.95、199.96、199.92，計(jì)算所需求的實(shí)驗(yàn)算術(shù)誤差平均值為一個(gè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差值即s（）=0.03℃。則由10 次獨(dú)立或非標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性獨(dú)立重復(fù)溫度測(cè)量所對(duì)應(yīng)引入的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立不確定性重復(fù)分量值為u3=s（）=0.03℃。

則由ti 引入的不確定度如表1 所示：

表1 ti 不確定度數(shù)據(jù)表

3.4 溫度測(cè)量設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4

從標(biāo)準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)證書中獲得不確定度如表2 所示：

表2 u4 不確定度數(shù)據(jù)表

3.5 標(biāo)準(zhǔn)器修正值所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定性分量u5

標(biāo)準(zhǔn)器的確定溫度分量校驗(yàn)值經(jīng)過修正后，如果取得的不大于確定的溫度值為U=0.04℃，k=2，則根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器的確定溫度分量校驗(yàn)值可以引人一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不大于確定的溫度的一個(gè)分量：u5=U/K=0.04/2=0.02℃

3.6 標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u6

本統(tǒng)計(jì)方法對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器中進(jìn)行相鄰兩次校準(zhǔn)，改變時(shí)間的平均溫度進(jìn)行修正，平均值最大溫度改變0.10℃，按均勻溫度分布。由此我們可以重新引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不確定改變程度中的分量：u6=0.10/=0.06℃

4.關(guān)于不確定度總結(jié)分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析表

4.3 計(jì)算擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，計(jì)算擴(kuò)展不確定度如表5 所示：

表5 計(jì)算擴(kuò)展不確定度分析表

5.測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

溫度試驗(yàn)設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果不確定的擴(kuò)展不確定度為測(cè)量范圍-80～0℃：U ＝0.26℃，k=2；測(cè)量范圍0～100℃：U＝0.16℃，k=2；測(cè)量范圍100～300℃：U ＝0.20℃，k=2。