關于試驗設備溫度偏差校準結(jié)果不確定度分析評定

王靜敏

(福建省計量科學研究院，福建 福州 350003)

溫度測量設備是由兩個部分組成的，第一部分是溫度傳感器，第二部分是用于鑒定溫濕度的測量設備檢查儀，該套裝置具有相對應的溫度校準值。保證環(huán)境試驗裝置處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，工作空間各個測量點在規(guī)定時間內(nèi)進行實測，所得的最高溫度以及設定的溫度存在上下的偏差，一種是溫度高于設定值，記為溫度上偏移，一種是溫度低于設定值，記為溫度下偏移。由此，展開記錄分析。

1.溫度數(shù)據(jù)處理

溫度偏差測量模型：Δtmax=tmax-ts

式中：Δtmax-溫度上偏差，℃；

Δtmin-溫度下偏差，℃；

tmax-各測量點規(guī)定時間內(nèi)測量的最高溫度，℃；

tmin-各測量點規(guī)定時間內(nèi)測量的最低溫度，℃；

ts-溫濕度試驗設備設定溫度，℃。

2.導致溫度不確定原因分析

被測設備儀表可能存在重復讀數(shù)的問題；

標準器分辨力引入的標準不確定度讀數(shù)分量；

溫度測量裝置讀數(shù)重復性引入的標準不確定度分量；

溫度測量裝置引入的標準不確定度u4，從標準儀器的校準證書中獲得；

標準儀器修正值中所引入的標準不確定性分量；

標準器穩(wěn)定性引入的標準不確定度分量。

3.不確定度分量問題分析

3.1 由tmax,tmin 引入的不確定度分析

對大氣環(huán)境質(zhì)量實驗檢測設備的顯示平均值，可以作10次獨立或多次重復的數(shù)據(jù)測量，從實驗設備的數(shù)據(jù)顯示儀上可以記錄下每個顯示器上各位置，同時讀取10 次的數(shù)據(jù)顯示值，記為td1，td2，…，td10，平均值數(shù)據(jù)標記格式為，其在40℃為校準點，記下每次測量10 組數(shù)據(jù)39.90、39.90、40.00、40.00、40.00、39.90、40.00、40.00、39.90、40.00，由于上偏差與下偏差溫度不確定性數(shù)據(jù)來源及其統(tǒng)計數(shù)值不一致，因此本文只是以氣體溫度上的上下偏差為實際應用案例，進行了偏差不確定度的分析評價。

根據(jù)公式

3.2 由標準儀器分辨力導致引入的非確定度分量分析

標準儀器在分辨率下的測量力引入的不確定度u2，標準儀器的區(qū)間分辨力長度范圍大小為0.01℃，不大于確定的長度區(qū)間范圍區(qū)間半寬0.005℃，服從均勻的區(qū)間分布，則根據(jù)該區(qū)間分辨力值的計算可得出可以引入一個標準器不大于確定的長度區(qū)間分量：

3.3 溫度測量裝置讀數(shù)重復性u3

對于一臺環(huán)境實驗設備進行10次獨立或多次重復的測量，從一臺標準儀的顯示器上判斷每個設備分別讀取10 次的顯示數(shù)據(jù)值，記為 ti1,ti2，…，ti10,量程為-80～0℃,以-50℃為例，其測量10 次：-50.12、-50.15、-50.23、-50.19、-50.34、-50.26、-50.18、-50.15、-50.08、-50.01。

根據(jù)公式

則由10 次獨立或非一次重復標準測量所直接引入的標準測量不確定性值的分量值為u3=s（）=0.09℃。

量程為0～100℃，以40℃為例，其測量10 次：39.95、39.95、39.97、39.91、39.98、39.92、39.95、39.98、39.93、39.89，計算所要求的實驗算術(shù)誤差平均值為一個實驗標準差值，即s（）=0.03℃。則由10 次獨立或非標準穩(wěn)定性獨立重復溫度測量引入所對應引入的一個標準獨立不確定性重復分量值為u3=s（）=0.03℃。

量程為100～300 ℃，以200 ℃為例，其測量10 次：199.89、199.92、199.93、199.96、199.94、199.95、199.98、199.95、199.96、199.92，計算所需求的實驗算術(shù)誤差平均值為一個實驗標準差值即s（）=0.03℃。則由10 次獨立或非標準穩(wěn)定性獨立重復溫度測量所對應引入的一個標準獨立不確定性重復分量值為u3=s（）=0.03℃。

則由ti 引入的不確定度如表1 所示：

表1 ti 不確定度數(shù)據(jù)表

3.4 溫度測量設備引入的標準不確定度u4

從標準儀器的校準證書中獲得不確定度如表2 所示：

表2 u4 不確定度數(shù)據(jù)表

3.5 標準器修正值所引入的標準不確定性分量u5

標準器的確定溫度分量校驗值經(jīng)過修正后，如果取得的不大于確定的溫度值為U=0.04℃，k=2，則根據(jù)一個標準器的確定溫度分量校驗值可以引人一個標準不大于確定的溫度的一個分量：u5=U/K=0.04/2=0.02℃

3.6 標準器穩(wěn)定性引入的標準不確定度分量u6

本統(tǒng)計方法對于一個標準器中進行相鄰兩次校準，改變時間的平均溫度進行修正，平均值最大溫度改變0.10℃，按均勻溫度分布。由此我們可以重新引入一個標準不確定改變程度中的分量：u6=0.10/=0.06℃

4.關于不確定度總結(jié)分析

4.1 標準不確定度分量一覽表

表3 標準不確定度分量一覽表

4.2 合成標準不確定度

表4 合成標準不確定度分析表

4.3 計算擴展不確定度

取包含因子k=2，計算擴展不確定度如表5 所示：

表5 計算擴展不確定度分析表

5.測量不確定度的報告與表示

溫度試驗設備溫度偏差校準結(jié)果不確定的擴展不確定度為測量范圍-80～0℃：U ＝0.26℃，k=2；測量范圍0～100℃：U＝0.16℃，k=2；測量范圍100～300℃：U ＝0.20℃，k=2。