數字溫度指示調節儀測量結果的不確定度評定

【摘 要】 數字溫度指示調節儀采用大規模集成電路和先進的非線性校正技術應用于計量和制造等領域，因此，數字溫度指示調節儀的準確性在測量過程中起著重要的作用。本文就數字溫度指示調節儀示值誤差的不確定度進行分析和評定，從而更好地了解此計量器具的性能。

【關鍵詞】 數字溫度指示調節儀 示值誤差 不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.04.014

1 概述

（1）測量依據：JJG 617-1996《數字溫度指示調節儀》。

（2）測量設備：型號為CST3005，準確度為0.02級熱工儀表校驗儀。

（3）環境條件：環境溫度為（20±5）℃；相對濕度為45%～75%RH。

（4）被測對象：本次評定為的測量對象為測量范圍（0～1200）℃、準確度等級為0.5級、分辨力為1℃，配用熱電偶為K分度號的數字溫度指示儀表。

（5）測量方法：本標準裝置是依據檢定規程JJG 617-1996《數字溫度指示調節儀》中“輸入基準法”進行測量，應在儀表測量范圍內選擇至少5個測量點，本次不確定度評定選擇檢定點分別為0℃、300℃、600℃、900℃、1200℃五個溫度點，以上行程下行程為一次循環，做兩次循環測量，以其平均值計算示值誤差，作為被檢儀器的示值誤差。

2 數學模型

[Δt=td-ts+e/（ΔAΔt）ti±b]

式中[Δt]——被測儀表的示值誤差，℃；[td]——被測儀表的顯示的溫度值，℃；[ts]——標準儀器輸入的電量值所對應的被檢溫度值，℃；[±b]——被測儀表分辨力，+、-符號與前2項的計算結果符號相一致；[e]——補償導線20時的修正值，mV；[（ΔAΔt）ti]——被檢點的電量值-溫度變化率，mV/℃，Ω/℃。

3 輸入量的標準不確定度評定

3.1 輸入量標準不確定度[u（td）]的評定

（1）測量重復性的標準不確定度[u（td1）]

被測數字溫度指示調節儀的分辨力為1℃、準確度等級為0.5級、測量范圍（0～1200）℃、最大允許誤差為：△d=±（0.5%FS+1），在600℃測量點連續進行10次重復性測量，數據如下：

平均值：[t=604]℃

單次實驗標準差：[s=（ti-t）2n-1]=0℃

可得：[u（td1）=s=]0℃

（2）儀表分辨力導致的標準不確定度[u（td2）]

儀表分辨力為±1℃，其誤差區間半寬[a=]0.5℃，該量在此區間內服從均勻分布，包含因子[k=3]，則：

[u（td2）=0.5/3=0.29]℃

（3）輸入量標準不確定度[u（td）]的計算

[u（td）=u2（td1）+u2（td2）=02+0.292]=0.29℃

3.2 輸入量[ts]標準不確定度[u（ts）]的評定

輸入量[ts]標準不確定度[u（ts）]主要來源是標準器的不確定度。本裝置采用的熱工儀表校驗儀，其最大允許誤差為0.02%，配用分度值為K的熱電偶，600℃時對應電勢值為24905μV，電量值-溫度變化率為42.5，則測量點為600℃時，其誤差值為[0.02%×24905425]=0.117℃，該量服從均勻分布，包含因子[k=3]，則：

[u（ts）=0.117/3]=0.068℃

3.3 輸入量[e]的標準不確定度[u（e）]評定

輸入量[e]的標準不確定度[u（e）]主要來源于補償導線修正值引入的標準不確定度[u（e1）]和0℃恒溫器中冰點溫度誤差引入的標準不確定度[u（e2）]。

采用B類方法對[u（e1）]和[u（e2）]進行評定。

（1）補償導線修正值引入的標準不確定度[u（e1）]

在20℃時，配K分度熱電偶的補償導線修正值為0，則標準不確定度為[u（e1）]=0

（2）冰點溫度誤差引入的標準不確定度[u（e2）]

0℃恒溫器的最大允許誤差為±0.1℃，該量在此區間內服從均勻分布，則：

[u（e1）=0.1/3]=0.058℃

（3）標準不確定度的計算

[u（e1）]和[u（e2）]相互彼此獨立，則：

[u（e）=u2（e1）+u2（e2）]=0.058℃

4 合成標準不確定度[uc（Δt）]的評定

（1）靈敏系數

數學模型：[Δt=td-ts+e/（ΔAΔt）ti±b]

靈敏系數：[c1=?Δt/?td=1]；[c2=?Δt/?ts=1]；[c3=?Δt][/?e=-1]

（2）標準不確定度情況如下表所示：

（3）合成標準不確定度的計算

輸入量[td]、[ts]和[e]相互獨立不相關，合成標準不確定度可按下式計算：

[uc（Δt）=c1u（td）2+c2u（ts）2+c3u（e）2]=0.303℃

5 擴展不確定度的評定

取包含因子=2，則被檢儀器測量點為600℃時，其測量結果的擴展不確定度為[U=2×0.303]=0.606℃。

6 報告

由上述分析計算可知，被檢溫度調節指示儀測量結果的相對擴展不確定度為[U]=0.606℃，[k]=2。