工作用輻射溫度計測量結果的不確定度評定淺析

李姣姣

摘要：根據國家計量檢定規程JJG8562015《工作用輻射溫度計》，簡要分析評定工作用輻射溫度計校準結果的不確定度。

關鍵詞：輻射溫度計；數學模型

1 緒論

國家計量檢定規程JJG8562015《工作用輻射溫度計》對工作用輻射溫度計校準結果的不確定度計算方法有了新的規定。本文通過一套輻射溫度計檢定裝置對被檢輻射溫度計在1500℃進行測量，采用新規定分析計算其不確定度，主要明確新規定的具體實施方法和過程，得出1500℃測量結果的不確定度。

2 數學模型

被檢溫度計在檢定點tN的示值為檢定點tN與固有誤差Δt之和。固有誤差為被檢溫度計測量理想黑體示值與理想黑體溫度的差，根據規程中的計算方法，得其數學模型為

Δt=（ΔtT-ΔtS）-ΔtTS-（ΔtTε-ΔtSε）-（ΔtTW-ΔtSW）（1）

式中：Δt為被檢溫度計的固有誤差；ΔtS為參考溫度計讀數tS的溫度差；ΔtT為被檢溫度計讀數tT的溫度差；ΔtTS為被檢溫度計瞄準區域與參考溫度計測溫區域的溫度差；ΔtSε為輻射源發射率偏離1引起的輻射源實際溫度的誤差；ΔtTε為輻射源發射率偏離1引起的被檢溫度計的誤差； ΔtSW為參考輻射溫度計的窗口誤差；ΔtTW為被檢溫度計的窗口誤差。

3 靈敏系數及標準不確定度

式（1）為固有誤差的代數和公式，且各項的系數絕對值均為1，因此各個不確定度分量的靈敏度系數的絕對值為1。影響固有誤差的不確定度分量中，同一輻射源發射率對被檢輻射溫度計與參考輻射溫度計示值的影響，高溫輻射源同一窗口對參考輻射溫度計和被檢輻射溫度計的影響，應該按照完全相關處理。各分量依據不確定度傳播率計算合成標準不確定度為

u2（Δt）=u2（ΔtS）+u2（ΔtTS）+（u（ΔtTε）-u（ΔtSε））2

+（u（ΔtTW）-u（ΔtSW））2+u2（ΔtT）+u2（ΔtOP）（2）

式中

u（ΔtOP）——檢定操作和測量條件影響等引入的標準不確定度，℃。

4 標準不確定度評定

輻射溫度計的測量結果不確定度即為其固有誤差的測量不確定度，來自計量標準裝置、被檢溫度計和測量操作三個方面。

下面以某型號的輻射溫度計為例進行測量結果的不確定度分析。參考輻射溫度計選取分辨力為0.01℃，光譜發射率設定值為1.000的短波高精密輻射溫度計；黑體輻射源的圓柱黑體空腔直徑為50mm，發射率為0.998±0.002；被檢輻射溫度計測量范圍為（1000～3000）℃，準確度等級為1.0級，溫度分辨力為1℃。以測量點1500℃時的測量結果為例分析固有誤差的不確定度。

4.1 計量標準裝置引入的不確定度u（ΔtS）

（1）參考輻射溫度計測量不確定度引入的不確定度分量u1。根據參考輻射溫度計的證書可知其不確定度為U=2.10℃，k=2，則u1=2.10/2=1.05℃。

（2）參考輻射溫度計測溫重復性引入的不確定度分量u2。根據參考輻射溫度計測量數據及貝塞爾公式計算其重復性為0.01℃，則u2=0.01/1=0.01℃。

（3）黑體輻射源短期穩定性引入的不確定度分量u3。黑體輻射源在1500℃的短期控溫穩定性為0.5℃/10min，則u3=0.25/3=0.14℃。

（4）黑體輻射源均勻性對瞄準的影響引入的不確定度分量u4。黑體輻射源在1500℃的均勻性為0.60℃，則u4=0.60/3=0.35℃。

（5）黑體輻射源發射率修正偏離的影響引入的不確定度分量u5。黑體輻射源發射率為0.998±0.002，其偏離1引入的不確定度u5包括對參考輻射溫度計的影響u（ΔtSε）和被檢輻射溫度計的影響u（ΔtTε），則u5=0.06℃。

4.2 被檢輻射溫度計引入的不確定度u（ΔtT）

（1）被檢輻射溫度計多次測量重復性引入的不確定度分量u6。根據被檢輻射溫度計測量數據及貝塞爾公式計算其重復性為0.48℃，則u6=0.48/1=0.48℃。

（2）被檢輻射溫度計分辨力引入的不確定度分量u7。被檢輻射溫度計的顯示分辨力為1℃，則由分辨力引起的誤差為±0.50℃，則u7=0.50/3=0.29℃。

4.3 測量操作引入的不確定度u（ΔtOP）

（1）參考和被檢輻射溫度計在測量過程中因瞄準產生的影響引入的不確定度包含在u4中。

（2）測量數據修約引入的不確定度分量u8。測量數據修約引起的誤差為±0.50℃，則u8=0.50/3=0.29℃。

5 合成標準不確定度

標準不確定度分量u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8彼此獨立不相關，且靈敏度系數絕對值均為1，則被檢輻射溫度計在1500℃時的合成標準不確定度為

6 擴展不確定度

按置信概率p=0.95，取包含因子k=2，擴展不確定度U=kuc，則被檢輻射溫度計在1500℃時的擴展不確定度為

7 結論

本文提供了輻射溫度計檢定裝置測量被檢輻射溫度計，通過分析計算其在1500℃的不確定度，明確了新規定的使用方法。被檢輻射溫度計1500℃測量結果的擴展不確定度為U=3℃，k=2，采用相同的分析方法，可以得出任意測量點測量結果的不確定度。

參考文獻：

[1] JJG 8562015《工作用輻射溫度計檢定規程》.中國質檢出版社.

[2] JJF 1059.12012《測量不確定度評定與表示》.中國質檢出版社.

[3]常用測量不確定度方法及應用實例，上海市計量測試技術研究院，中國計量出版社.