PTB210氣壓傳感器檢定結果的不確定度分析

張二國，魯物婷，李　偉，李秀琳

(陜西省大氣探測技術保障中心，西安　710014)

PTB210氣壓傳感器檢定結果的不確定度分析

張二國，魯物婷，李偉，李秀琳

(陜西省大氣探測技術保障中心，西安710014)

摘要：按照《測量不確定度評定與表示》(JJF1059.1—2012)中的規范要求，任意選取3臺合格的PTB210氣壓傳感器，在3個氣壓測試點上進行檢定。結果表明PTB210氣壓傳感器測量結果的不確定度為0.056 hPa，計量特性相同或相近的氣壓傳感器可參考使用這一評定結果。

關鍵詞：氣壓傳感器；檢定結果；標準差；不確定度評定

目前相當一部分新型自動氣象站采用PTB210氣壓傳感器測量大氣壓力，為了保證氣壓傳感器測量的準確度，需要定期對氣壓傳感器進行計量檢定。文獻[1]中明確規定，測量結果僅是被測量量的估計值，其可信程度由測量不確定度來定量表示，因此測量結果應該表示為一個被測量的估計值和其測量不確定度。本文對PTB210氣壓傳感器檢定結果進行不確定度分析，為氣象計量工作者提供參考。

1測量方法和數學模型

選用數字式氣壓儀(745)、數字氣壓校驗儀(CPC6000)和3MS系統氣壓控制器組成氣壓計量標準裝置。被檢定的測量儀器為3臺合格PTB210氣壓傳感器，在800 hPa、900 hPa、1 000 hPa三個氣壓測試點上進行檢定。檢定時按從低壓到高壓，再從高壓到低壓的順序(一個循環)設定氣壓檢定。每個測試點穩定后，每間隔10 s分別讀取氣壓標準器和被檢傳感器示值一次，分別讀數5次；當一個氣壓測試點檢定完畢，緊接著調整下一個壓力點，其它各點的讀數方法與此相同，直到一個循環結束。一個循環結束，標準器與每個傳感器在每個測試點分別讀數10次。以此類推。

氣壓檢定結果不確定度評定模型如下：

ΔP=P-P0，

式中，ΔP為氣壓傳感器誤差；P為被檢定傳感器各檢定點示值；P0為氣壓計量標準裝置示值。

2標準不確定度分量及合成

2.1A類標準不確定度評定

A類標準不確定度評定方法：對被測量量x，在同一條件下進行n次獨立重復觀測，觀測值為xi(i=1，2…，n)，得到算術平均值(測量結果，被測量量的最佳估計值)及其試驗標準差

算術平均值的試驗標準差就是測量結果的A類標準不確定度

uA(x) = s()= s(x)/n1/2, (n≥10) 。

(2)

上述兩式中，xi為某氣壓檢定點的讀數值；為某氣壓檢定點10次讀數的平均值；s(x)為某一組測量列的單次實驗標準差；n為同一氣壓點的測量次數。根據測量方法可知，3臺儀器，每臺分別選3處測量點，各在重復性條件下連續測量10次，共得到9組測量列。每組測量列分別按公式(1)計算單次實驗標準差(s)(表1)，然后再計算合并樣本標準差sp，

式中，m為樣本個數，本次測量m為9。實際測量中以3次測量結果為準，則A類標準不確定度按公式(2)計算得到 uA= sp/31/2=0.009hPa。

表1　3臺PTB210氣壓傳感器在

2.2B類標準不確定度評定

標準不確定度的B類評定方法：借助于一切可利用的有關信息進行科學判斷，得到估計的標準偏差。主要按以下三個步驟：

①根據有關信息或經驗，判斷被測量的可能值區間(-a，a)；②假設被測量值的概率分布；③根據概率分布和要求的置信水平p估計置信因子k，則B類標準不確定度為uB=a/k(a為被測量可能值區間的半寬度；k為置信因子或包含因子)。氣壓傳感器檢定時，其測量結果的不確定度由重復性測量、標準器、采集誤差、裝置氣密性等影響量引起。B類標準不確定度評定如表2。

表2　B類標準不確定度評定

2.3合成標準不確定度uc

各分量獨立(不相關)，按以下計算公式(4)計算合成標準不確定度

式中,ui為各類不確定度分量；n為各類不確定度分量的個數。

3擴展不確定度的評定

擴展不確定度U由合成標準不確定度乘包含因子k得到，為了使所給出的測量結果之間能夠相互比較，在大多數情況下取k=2，則U=k·uc=0.056hPa。

4小結

PTB210氣壓傳感器測量結果的不確定度為0.056 hPa。氣壓傳感器檢定時，其測量結果的不確定度由重復性測量、標準器、采集誤差、裝置氣密性等影響量引起，計量特性相同或相近的氣壓傳感器可參考使用這一評定結果。

參考文獻：

[1]JJF1059.1—2012 測量不確定度評定與表示[s].北京：中國質檢出版社，2013.

喬劍.災情直報系統常見問題的處理[J].陜西氣象，2015(1)：41.

中圖分類號：P414.6

文獻標識碼：B