機械式溫濕度計示值誤差測量不確定度評定

安永利 劉鑫

【摘要】機械式溫濕度計廣泛應(yīng)用于實驗室環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)車間、存儲庫房、藥房等場所。計量檢定機構(gòu)每年收到的送檢量非常大，因此，對所出具證書中機械式溫濕度計的示值誤差以及測量不確定度的準確性要求就比較高。本文通過具體實例，詳盡的對機械式溫濕度計溫度、濕度的示值誤差進行不確定度分析。

【關(guān)鍵詞】機械式溫濕度計;不確定度;溫度;相對濕度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.009

The Evaluation of Temperature and Humidity Indication error Measurement Uncertainty of Mechanical Thermo-hygrometers

AN Yong-li，LIU Xin

（Liaoning Institute of Measurement，Shengyang 110004，China）

Abstract：Mechanical thermo-hygrometers are very widely used in environmental monitoring、workshop、storage warehouse、drugstore and so on. There are many mechanical thermo-hygrometers are sent to metrological verification agency for testing. So the accuracy of the temperature and humidity indication error and the measurement uncertainty of mechanical thermo-hygrometers is very important. In this article，it analyses the measurement uncertainty of the temperature and humidity indication error of the mechanical thermohygrometers by an example.

Key words：mechanical thermo-hygrometers;measurement uncertainty;temperature;relative humidity

1溫度示值誤差測量結(jié)果不確定度

1.1概述

1.1.1測量依據(jù)

JJG 205—2005《機械式溫濕度計》。

1.1.2環(huán)境條件

環(huán)境溫度：15～25℃;環(huán)境濕度：≤75%RH;環(huán)境溫度波動：≤±3℃/6h。

1.1.3被測對象

溫度測量范圍為（5～50）℃，濕度測量范圍為（30%RH～95%RH）的機械式溫濕度計，機械式濕度計，干濕表。一般分為溫度部分分度值為1℃、2℃、5℃，濕度部分分度值為1%RH、2%RH、5%RH幾種不同類型。這里以溫度部分分度值1℃，濕度部分分度值1%RH的機械式溫濕度計為例。

1.1.4測量方法

在環(huán)境溫度為（20±5）℃，檢定過程中室溫變化不超過±3℃/6h，相對濕度不大于75%條件下，將標準器探頭置于溫濕度箱工作室中心位置，被測儀器置于溫濕度箱工作室的有效區(qū)間內(nèi)，放置的方式與數(shù)量應(yīng)不影響箱內(nèi)空氣循環(huán)。溫濕度箱的工作室應(yīng)保證氣密性，且不得放置潮濕或強吸濕性材料。設(shè)定所需檢測點的溫度、濕度，待穩(wěn)定后讀取標準器及被測溫濕度表相應(yīng)點的溫度值、濕度值，連續(xù)重復(fù)進行3次，從而對濕度示值誤差、溫度示值誤差測量結(jié)果不確定度進行評定。

1.2建立數(shù)學(xué)模型，列出不確定度傳播率

1.2.1數(shù)學(xué)模型

ΔT=T-T_B

式中，ΔT為被檢溫濕度計的溫度示值誤差，℃;T為被檢

溫濕度計的溫度示值，℃;T_B為精密露點儀的溫度示值，℃。

1.2.2傳播系數(shù)

1.3標準不確定度的評定

1.3.1精密露點儀引入的標準不確定度u（T₁）

精密露點儀經(jīng)校準，所引入的擴展不確定度為0.1℃，則：u（T₁）=0.1/2=0.05℃。

1.3.2溫濕度箱溫度波動引入的標準不確定度u（T₂）

1.3.3溫濕度箱溫度均勻性引入的標準不確定度u（T₃）

1.3.4被測溫濕度計重復(fù)測量引入的標準不確定度u（T₄）

單次測量的實驗標準差為：

1.3.5被檢溫濕度計分辨力帶來的標準不確定度u（T₅）

1.4合成標準不確定度

1.4.1標準不確定度分量匯總表（見表1）

1.4.2合成標準不確定度的計算

以上各量互不相關(guān)，故合成標準不確定度為：

1.5擴展不確定度的計算

綜合表1所列數(shù)據(jù)概率分布，合成后被測量接近正態(tài)分

布，取k=2，則擴展不確定度為：U=2×u_c（T）=2×0.26≈0.6℃。

1.6溫濕度計檢定裝置校準機械式溫濕度計溫度測量不確定度評估

在5～50℃范圍內(nèi)，對于分度值為1℃，分辨力為0.5℃的機械式溫濕度計的溫度示值誤差擴展不確定度為：U=0.6℃，k=2。

當被校準機械式溫濕度計分度值不同時，不確定度分量中的u（T₄）、u（T₅）項將發(fā)生改變，且u（T₄）項的示值隨重復(fù)性不同而略有不同。這里以20℃示值為例，列出數(shù)據(jù)見表2。

2濕度示值誤差測量結(jié)果不確定度

2.1建立數(shù)學(xué)模型，列出不確定度傳播率

2.1.1數(shù)學(xué)模型

ΔH=H-H_B

式中，ΔH為被檢溫濕度計的濕度示值誤差，%RH;H為被檢溫濕度計的濕度示值，%RH;H_B為精密露點儀的濕度示值，%RH。

2.1.2傳播系數(shù)

2.2標準不確定度的評定

2.2.1精密露點儀引入的標準不確定度u（H₁）

2.2.2溫濕度箱濕度波動引入的標準不確定度u（H₂）

溫濕度箱經(jīng)校準，其濕度波動最大不超過±0.1%RH，按均

2.2.3溫濕度箱濕度均勻性引入的標準不確定度u（H₃）

2.2.4被檢溫濕度表重復(fù)測量引入的標準不確定度u（H₄）

單次測量的實驗標準差為：

2.2.5被檢溫濕度計分辨力帶來的標準不確定度u（H₅）

2.3合成標準不確定度

2.3.1標準不確定度分量匯總表（見表3）。

2.3.2合成標準不確定度的計算

以上各量互不相關(guān)，且大小比較接近，故合成后被測量屬于正態(tài)分布，因此合成標準不確定度為：

2.4擴展不確定度的計算

綜合上表所列數(shù)據(jù)，取k=2，擴展不確定度為：

U=2×u_c（H）=2×0.48≈1.0%RH

2.5機械式溫濕度計濕度測量不確定度評估

在（30～95）%RH范圍內(nèi)，對于分度值為1%RH，分辨力為0.5%RH的機械式溫濕度計的濕度示值誤差擴展不確定度為：U=1.0%RH，k=2。

當被校準機械式溫濕度計分度值不同時，不確定度分量中的u（H₄）、u（H₅）項將發(fā)生改變，且u（H₄）的值隨重復(fù)性不同略有不同，這里以60%RH點為例，列出數(shù)據(jù)見表4。

3結(jié)語

綜上所述，機械式溫濕度計溫度、濕度示值誤差測量不確定度為：1）溫度。分度值為1℃，U=0.6℃，k=2;分度值為2℃，U=1.3℃，k=2;分度值為5℃，U=3.2℃，k=2。2）相對濕度。分度值為1%RH，U=1.0%RH，k=2;分度值為2%RH，U=1.5%RH，k=2;分度值為5%RH，U=3.3%RH，k=2。

本文中的實例僅為在某種情況下，某個或某類機械式溫濕度計的溫濕度示值誤差所得出的不確定度數(shù)值。不同的設(shè)備種類、型號、品牌，不同的測量重復(fù)性等因素，都會對測量不確定度的最終結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，這里主要強調(diào)的是計算方法和過程，具體的數(shù)值僅作為參考。

【參考文獻】

[1]機械式溫濕度計：JJG205—2005[S].

[2]測量不確定度評定與表示：JJF1059.1—2012[S].