鉑電阻溫度傳感器檢定結果的不確定度評定

孫貞　王華章　劉亞男　李華

摘 要：測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數。文章介紹了鉑電阻溫度傳感器在氣象應用領域的不確定度評定方法。通過分析確定影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測量重復性、標準溫度計的穩定性及不確定度、被檢溫度計的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。在分析不確定度來源和建立模型后，計算出了A類不確定度和B類不確定度，根據A、B類不確定度結果計算出合成標準不確定度和自由度，最后得出擴展不確定度。

關鍵詞：溫度傳感器；不確定度；檢定結果

中圖分類號：TP212 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0016-02

1 概述

測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數。測量不確定度是測量系統最基本的技術指標，也是表征測量質量的重要依據。測量不確定度不僅與計量科學密切相關，而且在計量管理和質量保證體系中發揮日益重要的作用，已經成為現代誤差理論研究的前沿和核心問題。

2 檢定方法

2.1 鉑電阻溫度傳感器

鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，具有精度高，穩定性好等優點，主要用來測量空氣溫度、地表溫度、淺層地溫等，它具有極佳的可互換性和長期穩定性，廣泛應用于氣象部門。

2.2 檢定方法

依據JJG（氣象）002-2015《自動氣象站鉑電阻溫度傳感器》檢定規程，將標準鉑電阻溫度計No.10516和被檢溫度傳感器PT100/304同時置入溫度檢定槽內，數據線接到測溫電橋上，控制槽溫在50℃，待槽內液體溫場穩定、溫度計也進入穩定狀態后，進行10次測量， 計算被測量的估計值的試驗標準偏差（見表1）。

3 不確定度評定方法

3.1 測量模型建立

3.2 不確定度來源及不確定度分量評定

由測量所得的測得值只是被測量的估計值，測量過程中的隨機效應及系統效應均會導致測量不確定度。測量不確定度的來源必須根據實際情況進行具體分析，分析時，除了定義的不確定度外，可從測量儀器、測量環境、測量人員、測量方法等方面考慮。

3.2.1 A類不確定度評定

A類不確定評定是對在規定測量條件下測得的量值用統計分析的方法進行的測量不確定度分量的評定，是被測量的估計值重復性引入的標準不確定度。

重復性測量是指相同測量程序、相同操作者、相同測量條件、相同操作條件和相同地點，并在短時間內對同一或相類似被測對象重復測量得出的一組測量數據。

3.2.2 B類不確定度評定

B類不確定度評定是用不同于測量不確定度A類評定的方法對測量不確定度分量進行的評定。

該實驗中的B類不確定度即是由標準鉑電阻溫度計（含測溫電橋）和溫度檢定槽工作區域不均勻性等引入的不確定度分量。

（1）測溫電橋的測量誤差引入的不確定度

測溫電橋技術指標給定測量誤差全量程為0.1mk，換算為溫度值為0.0001℃，該誤差為正態分布，取K=2，引入的不確定度為：Ub1=0.0001/2=0.00005℃，B類標準不確定度分量的自由度v，根據韋爾奇-薩特思韋特公式求得。

式中：u（Xi）是由B類不確定度得到的Xi的估計值xi的標準不確定度，△u（Xi）/u（Xi）是u（Xi）的相對不確定度。其估計值的不可信度為10%，故自由度為：△u（Xi）/u（Xi）=0.1，因此，vB1=（10%）-2/2=50

經計算得到，由電橋引入的不確定很小，可忽略不計。

（2）標準鉑電阻溫度計穩定性引入的不確定度

JJG160-2007一等標準鉑電阻溫度計檢定規程對水三相點（Rtp）穩定性要求≤5mK（0.005℃），設為正態分布，取k=2，則：UB2=0.005/2=0.0025℃，其估計值的不可信度為10%，自由度為：

（3）標準鉑電阻溫度計的不確定度

JJG《國家計量檢定系統表》對一等標準鉑電阻溫度不確定度要求為（7.1～0.5mK），根據氣象業務使用范圍要求，按照≤5mK（0.005℃）計算，設為正態分布，取k=2，則：UB3=0.005/2=0.0025℃，其估計值的不可信度為20%，故自由度為：

（4）被檢溫度計的分辨力引入的不確定度

（5）溫度檢定槽溫場不均勻性引入的不確定度

3.3 不確定度一覽表（見表2）

4 結束語

影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測量重復性、標準溫度計的穩定性及不確定度、被檢溫度計的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。通過對氣象用鉑電阻溫度計檢定結果的計算分析，得出該套溫度計檢定結果的擴展不確定度為：包含概率為95%時，kp=2.13，U95為0.026℃。

參考文獻：

[1]JJG（氣象）002-2015.自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規程[S].

[2]JJF1059.1-2012.測量不確定度評定與表示[S].

[3]劉慶，魏壽方，葉善蓉，等.不確定度在合格評定中的應用[J].現代測量與實驗室管理，2007，1：51-53.endprint