環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定分析

陳桂逸 侯敏龍

【摘要】目的：對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。方法：依據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評(píng)定與表示》及JJF 1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》，建立被測計(jì)量器具溫度、濕度不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型，對(duì)校準(zhǔn)過程中各分量因素進(jìn)行不確定度分析。結(jié)果：當(dāng)溫度設(shè)定-60℃、0℃、20℃、36℃、100℃時(shí)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U=0.2℃；當(dāng)溫度設(shè)定300℃時(shí)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U=0.2℃；當(dāng)濕度設(shè)定60.0%RH和95%RH時(shí)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U=1.6%RH。結(jié)論：通過以上的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和不確定度來源分析發(fā)現(xiàn)，溫度測量重復(fù)性引入的不確定度及標(biāo)準(zhǔn)器相對(duì)濕度修正值引入的不確定度影響最大，影響最小的是標(biāo)準(zhǔn)器的分辨力，在校準(zhǔn)過程中應(yīng)在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行測量，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行溯源。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備；溫度；相對(duì)濕度；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.014

Evaluation and Analysis of Uncertainty for Temperature and Humidity Calibration Results of Environmental Test Equipment

CHEN Guiyi，HOU Minlong

（Hezhou Inspection and Testing Cente，Hezhou 542800，China）

Abstract：Objective：To evaluate the uncertainty of temperature and humidity calibration results of environmental test equipment. Methods：According to JJF 1059.1—2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement and JJF 1101—2019 Calibration Specification for Environmental Testing Equipment for Temperature and Humidity Parameters，a measurement model was established to evaluate the uncertainty of temperature and humidity of environmental test equipment，and the uncertainty of each component factor in the calibration process was analyzed and evaluated. Results：When the temperature is set at -60℃，0℃，20℃，36℃and 100℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；when the temperature is set at 300℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；When the humidity is set at 60.0%RH and 95%RH，the expanded uncertainty of the measurement results is U=1.6%RH. Conclusion：Through the above calibration experimental data and uncertainty factor analysis，the repeatability of temperature measurement and the uncertainty introduced by the correction value of the relative humidity of the standard are the largest，and the resolution of the standard gauge is the least affected. During the calibration process，the measurement should be carried out after the equipment is stable，and the standard should be strictly traceable.

Key words：environmental test equipment；temperature；relative humidity；uncertainty

1引言

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是模擬自然氣候環(huán)境所有試驗(yàn)箱的總稱。它是通過模擬一種或一種以上環(huán)境條件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，主要代表產(chǎn)品有干燥箱、培養(yǎng)箱、高低溫試驗(yàn)箱、恒溫恒濕試驗(yàn)箱、紫外老化試驗(yàn)箱、氙燈老化試驗(yàn)箱、臭氧老化試驗(yàn)箱、霉菌培養(yǎng)箱等。

2019年9月27日國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布了JJF 1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》，并于2020年3月27日實(shí)施。相較于JJF 1101—2003，新版規(guī)范在術(shù)語中增加了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備、工作空間、穩(wěn)定狀態(tài)、溫度波動(dòng)度、濕度波動(dòng)度、溫度均勻度、濕度均勻度等，修改了溫度、濕度偏差和溫度、濕度波動(dòng)度的計(jì)算方法，與GB/T 5170.1—2016的相關(guān)內(nèi)容保持一致。本文依據(jù)JJF 1059.1—2012和JJF 1101—2019對(duì)醫(yī)用低溫保存箱、濕熱試驗(yàn)箱、電熱鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行校準(zhǔn)測量，建立不確定度測量模型，分析不確定度產(chǎn)生的因素，為實(shí)驗(yàn)室的檢測提供誤差依據(jù)。

2設(shè)備、環(huán)境條件及校準(zhǔn)方法

2.1用于校準(zhǔn)測量的主標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)施

多通道數(shù)據(jù)采集儀，配A級(jí)鉑電阻、I級(jí)K型熱電偶及濕度傳感器，型號(hào)：PR205DS。測量范圍：溫度為（- 60～ 1000）℃、濕度為（0～100）%RH，溫度指示分辨率為0.001℃，相對(duì)濕度指示分辨率為0.1%。測量時(shí)帶修正值使用，溫度不確定度U=0.07℃，k=2，相對(duì)濕度不確定度U=1.5%，k=2。

2.2被測對(duì)象

醫(yī)用低溫保存箱，溫度設(shè)定分辨率：1℃，校準(zhǔn)點(diǎn)：-60℃、0℃。濕熱試驗(yàn)箱，溫度設(shè)定分辨率：0.1℃，相對(duì)濕度設(shè)定分辨率：1%，校準(zhǔn)點(diǎn)：溫度20℃，相對(duì)濕度95%；溫度36℃，相對(duì)濕度60%。電熱鼓風(fēng)干燥箱，溫度設(shè)定分辨率：1℃，校準(zhǔn)點(diǎn)：100℃、200℃、300℃。

2.3校準(zhǔn)環(huán)境條件

溫度：15～35℃。濕度：不大于85%RH。氣壓：80～106 kPa。被測對(duì)象周圍應(yīng)無強(qiáng)烈振動(dòng)及腐蝕性氣體，不得有其他冷熱源的干擾。所處的環(huán)境條件應(yīng)滿足開展主標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)工作的要求。

2.4校準(zhǔn)方法

依據(jù)JJF 1101—2019對(duì)溫度偏差、濕度偏差兩個(gè)參數(shù)的校準(zhǔn)要求，將主標(biāo)準(zhǔn)器溫濕度場巡檢儀的溫度、濕度傳感器按規(guī)范圖1要求布置測試點(diǎn)。將被測對(duì)象（醫(yī)用低溫保存箱、濕熱試驗(yàn)箱、電熱鼓風(fēng)干燥箱）設(shè)定到相應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn)，然后開啟運(yùn)行。被測對(duì)象運(yùn)行穩(wěn)定后在30 min內(nèi)每2 min記錄一次醫(yī)用低溫保存箱、濕熱試驗(yàn)箱、電熱鼓風(fēng)干燥箱設(shè)備上顯示的溫度、濕度值及各布點(diǎn)溫度、濕度值，共得到16組數(shù)據(jù)。

依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范計(jì)算各測量溫度、濕度點(diǎn)的偏差值。1）溫度上偏差：測得的16組數(shù)據(jù)中最高溫度與被測對(duì)象所設(shè)定溫度之差；2）溫度下偏差：測得的16組數(shù)據(jù)中最低溫度與被測對(duì)象所設(shè)定溫度之差；3）濕度上偏差：測得的16組數(shù)據(jù)中最高濕度與被測對(duì)象所設(shè)定濕度之差；4）濕度下偏差：測得的16組數(shù)據(jù)中最低濕度與被測對(duì)象所設(shè)定濕度之差。

3測量模型的建立

3.1溫度偏差測量模型

4測量結(jié)果與不確定度評(píng)定

4.1測量不確定度來源分析

依據(jù)校準(zhǔn)方法及建立的測量模型，測量不確定度的來源包括：1）被測對(duì)象測量重復(fù)性引入的不確定度分量；2）溫濕度場巡檢儀分辨力引入的不確定度分量；3）溫濕度場巡檢儀修正值引入的不確定度分量；4）溫濕度場巡檢儀的穩(wěn)定性引入的不確定度分量。由于上偏差與下偏差不確定度來源和數(shù)值相同，在此僅以溫度上偏差和濕度上偏差為例進(jìn)行不確定度評(píng)定。

4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

4.2.1測量重復(fù)性的不確定度

4.2.1.1溫度測量重復(fù)性的不確定度u1

單次測量值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算，得出被測對(duì)象各相對(duì)濕度測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)濕度測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，其結(jié)果如表4所示。

4.2.2溫濕度場巡檢儀分辨力的不確定度

4.2.2.1溫濕度場巡檢儀溫度分辨力的不確定度u2

溫濕度場巡檢儀溫度顯示分辨力為0.001℃，因此區(qū)間半寬0.0005℃，屬均勻分布，則溫度顯示分辨力引入的不確定度分量為：

4.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

根據(jù)以上測量計(jì)算結(jié)果，被測對(duì)象各測量點(diǎn)溫度及相對(duì)濕度的測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表5和表6。

4.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

4.4.1溫度上偏差測量結(jié)果合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

5測量不確定度

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度偏差校準(zhǔn)不確定度見表7和表8。

6結(jié)果與討論

通過對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)的不確定度進(jìn)行原因分析，不確定度主要來源于測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器分辨力、標(biāo)準(zhǔn)器修正值、標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性等。在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)不確定度影響最大的是溫度測量的重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)器相對(duì)濕度的修正值，而影響較小的是標(biāo)準(zhǔn)器的分辨力。根據(jù)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，在校準(zhǔn)過程中應(yīng)讓設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后再進(jìn)行測量，以減少測量重復(fù)性帶來的誤差影響，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行溯源，確保標(biāo)準(zhǔn)器量值的準(zhǔn)確可靠。

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【作者簡介】

陳桂逸，男，1986年出生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量測試與質(zhì)量控制。

侯敏龍，男，1988年出生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量測試與質(zhì)量控制。

（本稿審讀：劉鑫）