孵化機(jī)孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性不確定度評定

陳 佶

（上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站，上海 201601）

0 引言

測量不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)，表明測量結(jié)果量值的可信程度和不可確定程度[1-3]。測量不確定度通常由若干分量組成。其中一些分量可根據(jù)在重復(fù)性測量條件下進(jìn)行多次測量所得測量值的統(tǒng)計分布，按測量不確定度的A 類評定進(jìn)行評定；另一些分量可根據(jù)基于經(jīng)驗或其他信息獲得的概率密度函數(shù)，按測量不確定度的B 類評定進(jìn)行評定。兩者均可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征[1]。檢驗檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)需要建立和保持應(yīng)用評定測量不確定度的程序[4]。

孵化機(jī)是一種模擬禽類孵化時的生態(tài)環(huán)境，對溫度、濕度、二氧化碳濃度等條件加以精確控制的仿生設(shè)備[5]。禽蛋孵化過程復(fù)雜，其孵化時的環(huán)境條件對孵化率、健雛率有較大影響[6]。穩(wěn)定適宜的溫度是影響禽蛋孵化質(zhì)量的主要因素之一[7]。孵化溫度過低，胚胎活力下降、發(fā)育遲緩，孵化期延長，孵化率降低；孵化溫度過高，胚胎代謝旺盛，種蛋失水多，孵化率也會降低[8]。因此，在孵化過程中應(yīng)根據(jù)胚胎發(fā)育特征精確控制不同孵化階段的環(huán)境條件[9]。孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性是評價孵化機(jī)性能的重要指標(biāo)。以孵化機(jī)孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性為研究對象，對測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定，為孵化機(jī)的試驗鑒定提供參考。

1 材料與方法

1.1 測量依據(jù)

參照J(rèn)B/T 9809.2—2013《孵化機(jī) 第2 部分：試驗方法》（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）相關(guān)要求進(jìn)行測量。

1.2 測量儀器

測量所用儀器為法國JRI 公司ReferencE PT100 型鉑電阻無線溫度記錄儀，可通過USB 接收器連接電腦，實現(xiàn)多點溫度在線實時監(jiān)測，采樣間隔在2～5 400 s 范圍內(nèi)可調(diào)。根據(jù)生產(chǎn)廠提供的技術(shù)參數(shù)，溫度在—20～50 °C 范圍內(nèi)最大允許誤差為±0.09 °C，符合標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求。

1.3 測量方法

測量采用整批入孵式孵化機(jī)，按照標(biāo)準(zhǔn)3.2.1.1 的要求布放溫度記錄儀，布點位置在孵化有效區(qū)域外輪廓面內(nèi)側(cè)5～7 cm，布點高度為蛋托平面向上3～5 cm，如遇有障礙物應(yīng)相距5～7 cm，孵化有效區(qū)域分上、中、下3 個等間距平面，每個平面設(shè)置6 點，共18 點，如圖1 所示[10]。測量為空機(jī)試驗。

圖1 孵化有效區(qū)域平面布點Fig.1 Measuring points layout of effective incubation area

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)3.2.4.1 的要求，將孵化機(jī)溫度調(diào)節(jié)到（37.8±0.2）°C，待溫度穩(wěn)定后依次測試18 點的溫度，溫度記錄儀采樣間隔設(shè)置為10 min，測試3 次，計算每次測試的平均值。

2 測量不確定度評定

2.1 測量模型

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)3.2.4.2 的定義，孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性為3 次測試中最大平均溫度與最小平均溫度之差，按式（1）建立測量模型。

測量最大平均溫度和最小平均溫度時，應(yīng)先按式（2）計算孵化有效區(qū)域平均溫度。

2.2 不確定度來源

孵化機(jī)孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性測量不確定度主要來源于3 方面：一是重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，按A 類方法評定；二是溫度記錄儀校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，按B 類方法評定；三是溫度記錄儀最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，按B 類方法評定。

2.3 重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

孵化機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，加熱機(jī)構(gòu)、送風(fēng)機(jī)構(gòu)、加濕機(jī)構(gòu)等部件的安裝位置和工作狀態(tài)均會影響各測點的溫度?？拷訜釞C(jī)構(gòu)的測點溫度較遠(yuǎn)離加熱機(jī)構(gòu)的測點溫度高；熱空氣上升冷空氣下沉，上層測點溫度較下層測點溫度高；送風(fēng)機(jī)構(gòu)形成的循環(huán)氣流路徑上的測點溫度更接近于設(shè)置的孵化機(jī)控制溫度。測量儀器的布放位置也會造成測量結(jié)果的誤差。為減少測量誤差，在重復(fù)性測量條件下按照1.3 測量方法對各點溫度進(jìn)行3 組重復(fù)測試。各點溫度記錄儀讀數(shù)如表1所示。

根據(jù)各點溫度記錄儀讀數(shù)，按式（2）計算3 組測試中每一次測試的平均溫度，然后按式（1）計算得到各組測試的溫度穩(wěn)定性結(jié)果。因溫度穩(wěn)定性測量次數(shù)較少，按照計量技術(shù)規(guī)范JJF 1 059.1—2012《測量不確定度評定與表示》（以下簡稱技術(shù)規(guī)范），采用極差法進(jìn)行不確定度評定[11]。假設(shè)各點溫度測量結(jié)果接近正態(tài)分布，根據(jù)技術(shù)規(guī)范中表1，當(dāng)測量次數(shù)為3 次時，對應(yīng)的極差系數(shù)C=1.69，自由度ν =1.8[1]。按式（3）計算不確定度，結(jié)果如表2 所示。

表1 各點溫度記錄儀讀數(shù)Tab.1 Readings of temperature recorders

表2 溫度穩(wěn)定性極差和不確定度分量Tab.2 Range and uncertainty components of temperature stability

2.4 溫度記錄儀校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

測量使用的每個溫度記錄儀都由計量部門進(jìn)行校準(zhǔn)并出具校準(zhǔn)證書，每份證書均給出了校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度及相應(yīng)的包含因子。根據(jù)技術(shù)規(guī)范關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)不確定度B 類評定可能值區(qū)間半寬度的確定方法，校準(zhǔn)證書提供的校準(zhǔn)值給出了其擴(kuò)展不確定度為U，則區(qū)間的半寬度為a=U。按式（4）計算各溫度記錄儀校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，結(jié)果如表3 所示。

表3 溫度記錄儀校準(zhǔn)不確定度分量Tab.3 Calibration uncertainty components of temperature recorders

式中uBi—第i號溫度記錄儀校準(zhǔn)引入的B 類不確定度，°C

a—可能值區(qū)間的半寬度，°C

k—置信因子或包含因子

2.5 溫度記錄儀測量精度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

表4 溫度記錄儀最大允許誤差不確定度分量Tab.4 Maximum permissible error uncertainty components of temperature recorders

2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

孵化機(jī)孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性測量不確定度匯總?cè)绫? 所示。

表5 不確定度分量匯總Tab.5 Summary of uncertainty components

2.7 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘包含因子得到。根據(jù)技術(shù)規(guī)范，在通常的測量中一般取k=2，按式（6）計算，結(jié)果為U=0.18°C。

3 結(jié)束語

當(dāng)孵化機(jī)控制溫度為（37.8±0.2）°C 時，孵化有效區(qū)域溫度穩(wěn)定性擴(kuò)展不確定度為0.18 °C，置信因子k=2。通過對測量過程中引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定與分析后發(fā)現(xiàn)：重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度對測量結(jié)果影響較小；測量過程中使用的溫度記錄儀數(shù)量較多，累計儀器校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度對測量結(jié)果影響較大。為降低儀器對測量不確定度的影響，建議使用準(zhǔn)確度更高的溫度測量儀器。