洪波

摘 要：照度與人們的生活有著密切的關(guān)系，光照度計作為照明測量中常用的測量儀器，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑、影視和醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)中。為了對光照度計的不確定度進(jìn)行分析，找出影響不確定度的因素，并對不確定度進(jìn)行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準(zhǔn)確性，應(yīng)用測量不確定評定理論，該文以JJG245-2005為測量依據(jù)，通過建立數(shù)學(xué)模型，對光照度計校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析，得出用光照度計校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度在100lx處，為Urel=1lx。

關(guān)鍵詞：測量不確定度 評估分析 光照度計

中圖分類號：TN23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0054-02

1 測量原理與環(huán)境

照明與人們的生活有著密切的關(guān)系，充足的光照，可防止人們免遭意外事故的發(fā)生。反之，過暗的光線可引起人體疲勞的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過眼睛的本身。因此，不適或較差的照明條件是造成事故和疲勞的主要原因之一[1]。光照度計作為照明測量中常用的測量儀器，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑、影視和醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)中，為了對光照度計的不確定度進(jìn)行分析，找出影響不確定度的因素，并對不確定度進(jìn)行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準(zhǔn)確性，應(yīng)用測量不確定評定理論，該文以JJG245-2005為測量依據(jù)，通過建立的數(shù)學(xué)模型，對光照度計校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析。

1.1 測量方法

光照度計的校準(zhǔn)主要是對光照度示值誤差的確認(rèn)，采用光強標(biāo)準(zhǔn)燈法進(jìn)行校準(zhǔn)，由光強標(biāo)準(zhǔn)燈在一定距離的位置產(chǎn)生的光照度來校準(zhǔn)被檢表。

光照度測量示值誤差檢定裝置主要由光強標(biāo)準(zhǔn)燈、帶標(biāo)尺光軌（含探測器小車、擋光屏、燈架小車）、直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源（數(shù)顯）組成，整個校準(zhǔn)過程應(yīng)在暗室進(jìn)行。通過移動光度頭位置，調(diào)整光度頭與光強標(biāo)準(zhǔn)燈之間的距離，使光強標(biāo)準(zhǔn)燈在光度頭受光面上產(chǎn)生不同的光照度值E，根據(jù)光強和照度之間公式E=I/l2算出標(biāo)準(zhǔn)值直接和儀器讀數(shù)對比，得出儀器示值誤差，檢定裝置如圖1所示。

1.2 測量工具和儀器設(shè)備

（1）直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源（數(shù)顯）WY1

2010：1臺，電壓（12～120）V，電流（1～10）A；電壓穩(wěn)定度小于0.02%/30min。

（2）發(fā)光強度標(biāo)準(zhǔn)燈：1支，284.1cd，U=0.8%，k=2；

（3）測光導(dǎo)軌10m：1個，（0.1～10）m，MPE：±0.2 mm/m（包括比高器、垂直平面對準(zhǔn)裝置、探頭座小車、光闌、燈座小車）。

1.3 環(huán)境條件

校準(zhǔn)實驗室應(yīng)為暗室，避免周圍環(huán)境帶來的雜散光進(jìn)入測光系統(tǒng)，溫度應(yīng)保持在（20±5）℃。測光系統(tǒng)及電測儀表所在房間的溫度應(yīng)保持在（20±2）℃、濕度應(yīng)小于85%RH。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

ΔE=-，

式中：

ΔE——被檢照度計的示值誤差；

——被檢照度計顯示值的平均值；

——標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光強度，=284.2cd；

——供給標(biāo)準(zhǔn)燈的電流，=5.8930A；

——標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面到光度頭測試面的距離，=1.6855m。

2.2 靈敏系數(shù)

c1=ΔE/E=1，

c2=ΔE/I==-0.357m-2，

c3=ΔE/l==118.65cd/m3。

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（）的評定

u（）的來源主要是照度計的測量不重復(fù)性，它反映了各種隨機因素的綜合影響。因此采用A類方法評定。

在給定電流（i=5.8980A）下點燃標(biāo)準(zhǔn)燈，固定標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面到光度頭測試面的距離（l=1.6858m），連續(xù)10次讀取照度計的顯示值結(jié)果分別是：98.6、98.1、98.3、98.2、98.2、98.5、98.3、98.5、98.7、98.4。

單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差為：

s（E）==0.185（lx），

實際校準(zhǔn)以2次測量平均值作為測量結(jié)果，則

u（）=s（）=s（E）/=0.133（lx），

其自由度為：υ=n-1=9。

3.2 輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）的評定

u（I）的來源主要由光強值的不確定度及電測系統(tǒng)的不確定兩部分組成，均用B類方法評定。

3.2.1 光強值的不確定度

由發(fā)光強度一級標(biāo)準(zhǔn)燈的校準(zhǔn)證書得到，測量結(jié)果的相對擴展不確定度U=0.8% k=2。則光強值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u（I1）==1.136 （cd）

估計=0.25，則自由度為

υ（I1）==8。

3.2.2 電測系統(tǒng)的不確定度

雖然供給標(biāo)準(zhǔn)燈工作與校準(zhǔn)時的電流，數(shù)值上完全相同，但由于兩種工作條件下所用電測設(shè)備一般不完全相同，所以供給燈的實際電流值存在差異，估計兩者最大差異可達(dá)0.04%，此項服從均勻分布，則電流值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

ur（i）==0.0115%，

由經(jīng)驗公式：，

得知，由于電流的不確定度帶給光強的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u2（I2）=284.1×6×0.0115%=0.196（cd），

由于此不確定度是按電流的最大差異計算的，則認(rèn)為：

υ（I2）→∞。

3.3 輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）的評定

u（l）的來源主要由測量距離的不確定度及光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)的不確定度兩部分組成，均用B類方法評定。endprint

3.3.1 測量距離的不確定度

該規(guī)程規(guī)定，光軌測距米尺1 m內(nèi)的總誤差不大于0.2 mm。此項服從均勻分布，則測量距離的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u（l1）==0.0002（m）。

由于此項不確定度是按測距的最大允許誤差計算的，則認(rèn)為：

υ（l1）→∞。

3.3.2 光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)的不確定度

根據(jù)實驗經(jīng)驗與相關(guān)資料判定，光度頭與燈絲平面的調(diào)整帶來的對l值的影響不會超過±1 mm，服從三角分布，則光度頭與燈絲平面的調(diào)整帶給l值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

u（l2）==0.0004（m），

同樣認(rèn)為：υ（l2）→∞。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及相關(guān)信息見表1。

4.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量彼此不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uc（ΔE）==0.433（lx）

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uc（ΔE）r==0.434%

有效自由度為：

υeff==

≈10。

4.2 擴展不確定度的評定

取置信概率p=95%，由t分布表查得：t（10）=2.28。

擴展不確定度為：

U= t（10）uc（ΔE）r=0.99%。

4.3 相對測量不確定度報告

此照度計在標(biāo)準(zhǔn)照度為100lx處，示值誤差的測量結(jié)果不確定度為：

Urel=1lx；k=2。

5 結(jié)語

該文以JJG245-2005為測量依據(jù)，通過建立數(shù)學(xué)模型，對光照度計校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析，得出用光照度計校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度在100 lx處，為Urel=1lx。并對不確定度進(jìn)行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準(zhǔn)確性，應(yīng)用測量不確定評定理論。

參考文獻(xiàn)

[1] 齊鳳河，劉楚明.基于BH1710的照度計設(shè)計[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報，2011，31（6）：14-17.

[2] 葉德培，趙峰，施昌彥，等.國家計量技術(shù)規(guī)范（JJF1059.1-2012）：測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2012.

[3] 姜曉梅，高執(zhí)中.國家計量檢定規(guī)程（JJG 245-2005）[S].北京：中國計量出版社，2005.endprint