鉑電阻溫度傳感器檢定結果的不確定度分析評定

蔣冬雁　陳平　李偉雄

【摘 要】目前，廣西自動氣象站溫度的采集都是采用鉑電阻溫度傳感器，文章主要探討了鉑電阻溫度傳感器的檢定過程中所采用的方法和思路，參照《自動氣象站溫度傳感器檢定規程》[JJG（氣象）002—2015]和《測量不確定度評定和表示》（JJF1059—2012），分析計算檢定過程中測得的數值，進行A類和B類不確定度的分析評定，最后計算出合成不確定度和擴展不確定度。

【關鍵詞】鉑電阻溫度傳感器;自動氣象站;不確定度;評定

【中圖分類號】P415.12 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0059-02

自動氣象站采集的要素很多，溫度是其中一個重要的要素。溫度和人們的生活息息相關，因此獲取準確有效的溫度尤為重要，而溫度的取得離不開溫度傳感器。目前國內氣象自動站溫度的采集主要用鉑電阻溫度傳感器。由于傳感器具有漂移性，會隨時間的推移和環境的改變等因素慢慢地出現一定的誤差，所以需要定期檢定或校準。鉑電阻溫度傳感器檢定的依據是《自動氣象站鉑電阻溫度傳感器檢定規程》（JJG（氣象）002—2015），因為嚴格意義上真值是無法得到的，所以測量是存在誤差的。為了確保測量值接近真值，只有對檢定過程中得出的結果進行不確定度分析和評定，才能保證鉑電阻溫度傳感器探測出的數據有效且可靠。

1 鉑電阻溫度傳感器工作原理、性能

鉑電阻溫度傳感器是利用鉑金屬特性（其阻值會隨溫度上升而變化的特性）來測量溫度的（如圖1所示）。

2 鉑電阻溫度傳感器的檢定

將溫度傳感器和標準SWJ型二等鉑電阻放置于恒溫槽中，通電、開機在溫度設定點穩定15 min以上后開始計數，0.02 ℃是各讀數的最大允許誤差，根據檢定規程被測溫度傳感器與標準二等鉑電阻溫度傳感器的差值小于0.2 ℃時合格。此次檢定過程采用的溫度檢定點為-30 ℃、-10 ℃、0 ℃、20 ℃、50 ℃、80 ℃，為各溫度檢定點，每隔1 min讀取1次各檢定點的溫度值，共讀取6次，然后計算它們之間的差值（求值誤差）進行測量。得出的6次誤差結果平均，其平均值選定為最優估計值。

3 檢定結果不確定度評定

GUM法是評定測量結果的不確定度的基礎，評定結果不確定度的GUM法是參照《測量不確定度評定表示》（JJF 1059—2012）方法，如圖2所示。

3.1 數學模型

△t=td-ts

公式中：△t為鉑電阻溫度傳感器示值誤差;td為被測儀器的讀數;ts為標準鉑電阻溫度傳感器的讀數。

3.2 A類不確定度評定

A類評定度是若干次重復測量結果平均值的標準偏差（見表1），先通過各檢定點進行6次誤差值的測量，然后分析6次檢定值的誤差值是否存在異常值，在傳感器的測量流程中，30 s讀一次標準器和被測溫度傳感器的讀數，連續讀6次數值，由于極差法的測量次數以4～9次為宜，滿足極差法的使用條件，因此用極差法重復測量標準偏差的相對標準不確定度，并進行計算。

U（T）=S（■）=R/C■ ℃

從JJF 1059.1—2012查表得出，當n=6次時，C=2.53。根據查表得出的結果代入公式，計算出重復測量的標準不確定度。

3.3 B類不確定度評定

B類不確定度評定是通過分析各方面的信息來源，比如校準證書提供的數據或以前的測量數據，檢定人員的經驗，標準、規程、規范及其他技術文件等相關信息，進行科學判斷，得出估計的標準偏差。根據鉑電阻溫度傳感器的檢定特點分析其測量結果的B類不確定度來源，主要包括溫度場不均勻性、標準器引入不確定度、被測傳感器溫度表分度值。

3.4 擴展不確定度的評定

由于不確定度分量相互之間獨立存在，在協方差為零的情況下用方根合成，則B類合成不確定度UB=UB12+UB22+UB32+UB42=0.036，因A、B兩個不確定度分量之間相互獨立不相關，即相關系數R1.2=0，合成標準不確定度為UC=UA2+UB2。

各檢定點合成標準不確定度見表2。

3.5 擴展不確定度

擴展不確定度：U=KU，U為包含因子。

U（△T）=KU（△T）=2U（△T）

為了方便比較測量結果，擴展不確定度一般視為正態分布，取K=2，從而計算出擴展不確定度（見表3）。

4 結語

由于鉑電阻溫度傳感器具有漂移性，必須對鉑電阻溫度傳感器進行定期的校準、檢定，對測量到的數值計算估計值的標準不確定度和其他已有信息進行評估，即A類和B類不確定評定，根據各輸入量之間的相關性及數學模型的非線性合成標準不確定度，從而計算出擴展不確定度。通過分析計算結果，驗證所用鉑電阻溫度傳感器是否符合要求。

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[責任編輯：鐘聲賢]