GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器測量結果不確定度評定

王 楓，褚進華，丁君鴻，武玉龍

(1.中國氣象局上海物資管理處，上海 200000； 2.呼和浩特市氣象局，呼和浩特 010051)

0 引言

測量結果是由被測量的估計值及其測量不確定度來表示的。不確定度的評定是計量檢定中不可缺少的重要內容[1]。本研究依據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標準QX/T36—2005《GTS1型數(shù)字探空儀》和JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中的相關要求，使用Model745作為標準氣壓計，使用GY-600壓力自動控制器提供檢測環(huán)境，對上海長望氣象科技股份有限公司生產的GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的實驗室檢定結果基于GUM法進行不確定度分析。

1 檢定結果的不確定度分析

1.1 GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的A類不確定度分析

選取1 000 hPa、800 hPa、600 hPa、400 hPa、200 hPa和10 hPa這6個測試點，按照高壓到低壓的順序，對GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器做量程檢定，待每個測試點穩(wěn)定后讀取Model745標準氣壓計的氣壓示值和被檢探空儀氣壓傳感器的氣壓示值。每次測量完成后，將壓力控制器恢復至常壓，然后重新開始測量，共進行10次測量。由于600 hPa點上誤差值的變化最大，故以此點的測量重復性來估算其不確定度，具體的測試數(shù)據(jù)如表1所示。

1.1.1 數(shù)學模型

構建相關數(shù)學模型

X=P-P0

(1)

式中：X為GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器在檢定點上的誤差值，hPa；P為GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器在檢定點上的氣壓示值，hPa；P0為Model745標準氣壓計在檢定點上的氣壓示值，hPa。

1.1.2 誤差值的算術平均值

根據(jù)

(2)

表1 GTS1型數(shù)字探空儀氣壓傳感器測試數(shù)據(jù)Tab.1 GTS1 digital radiosonde pressure sensor test data

1.1.3 實驗標準偏差

依據(jù)貝塞爾公式

(3)

得到單次測量的實驗標準偏差為S(X)=0.012 hPa。

1.1.4 算術平均值的標準偏差

由

(4)

1.1.5 A類不確定度

1.2 GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的B類不確定度分析

B類不確定度分析所需要的有關信息，如被測量分量估計值分散區(qū)間的半寬及其包含因子等，其來源大體上可由以前的測量數(shù)據(jù)、廠商的技術指標、檢定證書或校準證書以及由其他各種資料或手冊得到。在進行GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的實驗室檢定時，主要考慮以下誤差帶來的不確定度。

1.2.1 測量時標準器引起的不確定度

1.2.2 測量時壓力控制器引起的不確定度

1.3 合成標準不確定度

無論是A類還是B類，合成標準不確定度都是由各標準不確定度分量合成得到的，當輸入量之間不相關時，合成標準不確定度通用公式為

(5)

1.4 擴展不確定度

依據(jù)規(guī)范，擴展不確定度由合成標準不確定度U乘以包含因子k得到。一般情況下，擴展不確定度可視為正態(tài)分布，取擴展不確定度的置信概率近似為95%，包含因子k=2，即U95=0.106 hPa。

2 結論

不確定度評定是計量檢定工作中必須掌握的技能。本研究通過分析和評定GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的測量重復性誤差、Model745標準數(shù)字氣壓計的誤差以及GY-600壓力自動控制器的誤差所引起的不確定度分量，得出在實驗室檢定GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器時，其檢定結果的擴展不確定度為U95=0.106 hPa(k=2)。