溫度巡回檢測儀示值測量結果的不確定度分析與評定

【摘要】 本文針對可能影響溫度巡回檢測儀示值測量結果的各項不確定度分量進行了分析，并建立了測量模型，給出了不確定度的評定過程。

【關鍵詞】 溫度巡回檢測儀；不確定度評定；測量結果

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2018.03.006

Abstract： This paper analyses the uncertainty components which may affect the measurement results of the temperature itinerant detecting instrument and establishes a measurement model. Based on the above contents， the evaluation process of uncertainty is given in this paper.

Key words： temperature itinerant detecting instrument； uncertainty evaluation； measurement result

溫度巡檢儀一般連接多路傳感器，與熱電偶、熱電阻、變送器等各類傳感器均可以配合使用，它在規定的時間間隔逐一巡回測量各通道數據，具有多點采集的特點，因而廣泛應用于冷庫、機房、倉庫、恒溫室、生產現場等地點。現如今溫度巡檢儀已被開發出4路巡檢儀、8路巡檢儀、16路巡檢儀、24路巡檢儀和64路巡檢儀等多種類型（見圖1、圖2），通道可以任意選定，可集中顯示數據，也可按順序顯示各個通道數據，使用方便簡潔。

本文針對測量范圍為-60～300℃的溫度巡回檢測儀開展不確定度評定，分度值可分為0.01℃、0.1℃、1℃三種。測量時采用的計量標準器為二等標準鉑電阻溫度計及其配套設備，詳見表1。

使用溫度源對溫度巡回檢測儀采用比較法進行校準，根據用戶要求選擇校準溫度點，應包括零點和測量范圍上、下限內不得少于5個點。溫度巡回檢測儀預熱15min以上。將溫度巡回檢測儀的傳感器直接插入溫度源內與標準器示值進行比較。溫度源恒溫溫度偏離校準點不超過±0.2℃（以標準器示值為準），待示值穩定后記下讀數，重復上述步驟，每個校準點的讀數不得少于2次，2次的平均值與標準器的2次平均值比較，作為溫度巡回檢測儀的示值誤差。

1 測量模型

1.1 數學模型

計算公式為：

1.2 不確定度傳播率

數學模型中的各分量彼此獨立不相關，則：

2 測量不確定度的評定分析

2.1 標準不確定度分量的來源及評定

2.1.1 標準器分辨力帶來的標準不確定度[uts1]

本實驗采用分辨力為0.001℃的二等標準鉑電阻溫度計，其引入的標準不確定度為（區間半寬為0.0005℃）：

2.1.2 恒溫槽溫場不均勻引起的不確定度[uts2]

恒溫槽在（-60～100）℃時，其溫場最大溫差為0.02℃，按均勻分布，置信因子[k]=[3]，則：

2.1.3 恒溫槽溫度波動引起的不確定度[uts3]

恒溫槽在（-60～100）℃時，其溫場穩定性為±0.02℃/10min，對應的不確定度區間半寬為0.02℃，采用均勻分布，引入的標準不確定度為：

2.1.4 由標準器修正值引入的標準不確定度[uΔts]

根據證書，二等標準鉑電阻溫度計及其配套儀表擴展不確定度[U]=0.005℃，正態分布，取k=2，引入的標準不確定度為：

2.1.5 溫度巡回檢測儀的示值讀數重復性引入的不確定度[ut1]

在100℃時對被測數字溫度計進行10次測量，得到測量值（℃）分別為：100.01，100.02，100.03，100.03，100.03，100.00，100.03，100.04，100.03，100.01。

2.1.6 被測溫度巡回檢測儀分辨力引入不確定度[ut2]

當被校溫度巡回檢測儀的分辨力為0.01℃，其不確定度區間半寬為0.005℃，采用均勻分布，引入的標準不確定度為：

2.1.7 標準不確定度分量表

計算過程中采用的各標準不確定度分量如表2所示。

2.2 合成標準不確定度和擴展不確定度

因為引入的各個標準不確定度分量互不相關，因而合成標準不確定度通過不確定度傳播率公式計算得：

由于分量中沒有絕對占有的分量，故判斷為正態分布，可取包含因子k=2，擴展不確定度為：

2.3 溫度巡回檢測儀校準裝置的測量不確定度評估

1）按照JJF 1171-2007《溫度巡檢檢測儀校準規范》要求，溫度巡回檢測的常規校準項目應至少包含5個校準溫度點，本文實驗采用6個校準溫度點：-60℃、-30℃、0℃、40℃、80℃和100℃，分別確定各溫度點的不確定度（見表3）。

2）溫度巡回檢測儀校準裝置的測量范圍為（-60～300）℃，經評定得出該溫度范圍內的測量不確定度見表4。

溫度巡回檢測儀的分辨力不同引入的不確定度也不相同，即不確定度分量[ut1]和[ut2]改變，經上文闡述已舍棄[ut2]，因此分別對于分度值為0.1℃和1℃的溫度巡回檢測儀進行測量不確定度評估，見表5。

3）對常規溫度巡回檢測儀各分度值按計量標準考核規范中規定不確定度要求進行評估，如表6。

2.4 測量結果不確定度的報告與表示

2.4.1 校準和測量能力

由表6可知，0.01℃分度值的溫度巡回檢測儀是最佳被校溫度計，該項目的校準和測量能力為：-60～100℃，U=0.04℃，k=2；100～300℃，U=0.07℃，k=2。

2.4.2 報告與表示

依據計量標準考核規范中對常規儀器進行評估的不確定度結果見表7。

3 結語

綜上所述，文章分析了溫度巡回檢測儀的測量不確定度來源，主要包括：標準器分辨力，恒溫槽溫場不均勻，恒溫槽溫度波動，標準器修正值，溫度巡回檢測儀的示值讀數重復性和被測溫度巡回檢測儀分辨力。通過建立測量模型，對溫度巡回檢測儀測量結果的不確定度進行了分析與評定，并給出了測量結果不確定度的報告與表示，為同類儀器或類似儀器的不確定度分析與評定提供了參考。

【參考文獻】

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