張二國(guó)，魯物婷，李　偉，李秀琳

(陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安　710014)

PTB210氣壓傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析

張二國(guó)，魯物婷，李偉，李秀琳

(陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安710014)

摘要：按照《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》(JJF1059.1—2012)中的規(guī)范要求，任意選取3臺(tái)合格的PTB210氣壓傳感器，在3個(gè)氣壓測(cè)試點(diǎn)上進(jìn)行檢定。結(jié)果表明PTB210氣壓傳感器測(cè)量結(jié)果的不確定度為0.056 hPa，計(jì)量特性相同或相近的氣壓傳感器可參考使用這一評(píng)定結(jié)果。

關(guān)鍵詞：氣壓傳感器；檢定結(jié)果；標(biāo)準(zhǔn)差；不確定度評(píng)定

目前相當(dāng)一部分新型自動(dòng)氣象站采用PTB210氣壓傳感器測(cè)量大氣壓力，為了保證氣壓傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度，需要定期對(duì)氣壓傳感器進(jìn)行計(jì)量檢定。文獻(xiàn)[1]中明確規(guī)定，測(cè)量結(jié)果僅是被測(cè)量量的估計(jì)值，其可信程度由測(cè)量不確定度來(lái)定量表示，因此測(cè)量結(jié)果應(yīng)該表示為一個(gè)被測(cè)量的估計(jì)值和其測(cè)量不確定度。本文對(duì)PTB210氣壓傳感器檢定結(jié)果進(jìn)行不確定度分析，為氣象計(jì)量工作者提供參考。

1測(cè)量方法和數(shù)學(xué)模型

選用數(shù)字式氣壓儀(745)、數(shù)字氣壓校驗(yàn)儀(CPC6000)和3MS系統(tǒng)氣壓控制器組成氣壓計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。被檢定的測(cè)量?jī)x器為3臺(tái)合格PTB210氣壓傳感器，在800 hPa、900 hPa、1 000 hPa三個(gè)氣壓測(cè)試點(diǎn)上進(jìn)行檢定。檢定時(shí)按從低壓到高壓，再?gòu)母邏旱降蛪旱捻樞?一個(gè)循環(huán))設(shè)定氣壓檢定。每個(gè)測(cè)試點(diǎn)穩(wěn)定后，每間隔10 s分別讀取氣壓標(biāo)準(zhǔn)器和被檢傳感器示值一次，分別讀數(shù)5次；當(dāng)一個(gè)氣壓測(cè)試點(diǎn)檢定完畢，緊接著調(diào)整下一個(gè)壓力點(diǎn)，其它各點(diǎn)的讀數(shù)方法與此相同，直到一個(gè)循環(huán)結(jié)束。一個(gè)循環(huán)結(jié)束，標(biāo)準(zhǔn)器與每個(gè)傳感器在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別讀數(shù)10次。以此類(lèi)推。

氣壓檢定結(jié)果不確定度評(píng)定模型如下：

ΔP=P-P0，

式中，ΔP為氣壓傳感器誤差；P為被檢定傳感器各檢定點(diǎn)示值；P0為氣壓計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置示值。

2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及合成

2.1A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定方法：對(duì)被測(cè)量量x，在同一條件下進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)觀測(cè)，觀測(cè)值為xi(i=1，2…，n)，得到算術(shù)平均值(測(cè)量結(jié)果，被測(cè)量量的最佳估計(jì)值)及其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

算術(shù)平均值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差就是測(cè)量結(jié)果的A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

uA(x) = s()= s(x)/n1/2, (n≥10) 。

(2)

上述兩式中，xi為某氣壓檢定點(diǎn)的讀數(shù)值；為某氣壓檢定點(diǎn)10次讀數(shù)的平均值；s(x)為某一組測(cè)量列的單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差；n為同一氣壓點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)。根據(jù)測(cè)量方法可知，3臺(tái)儀器，每臺(tái)分別選3處測(cè)量點(diǎn)，各在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量10次，共得到9組測(cè)量列。每組測(cè)量列分別按公式(1)計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差(s)(表1)，然后再計(jì)算合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差sp，

式中，m為樣本個(gè)數(shù)，本次測(cè)量m為9。實(shí)際測(cè)量中以3次測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，則A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(2)計(jì)算得到 uA= sp/31/2=0.009hPa。

表1　3臺(tái)PTB210氣壓傳感器在

2.2B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類(lèi)評(píng)定方法：借助于一切可利用的有關(guān)信息進(jìn)行科學(xué)判斷，得到估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。主要按以下三個(gè)步驟：

①根據(jù)有關(guān)信息或經(jīng)驗(yàn)，判斷被測(cè)量的可能值區(qū)間(-a，a)；②假設(shè)被測(cè)量值的概率分布；③根據(jù)概率分布和要求的置信水平p估計(jì)置信因子k，則B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uB=a/k(a為被測(cè)量可能值區(qū)間的半寬度；k為置信因子或包含因子)。氣壓傳感器檢定時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的不確定度由重復(fù)性測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)器、采集誤差、裝置氣密性等影響量引起。B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定如表2。

表2　B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

2.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

各分量獨(dú)立(不相關(guān))，按以下計(jì)算公式(4)計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中,ui為各類(lèi)不確定度分量；n為各類(lèi)不確定度分量的個(gè)數(shù)。

3擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

擴(kuò)展不確定度U由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘包含因子k得到，為了使所給出的測(cè)量結(jié)果之間能夠相互比較，在大多數(shù)情況下取k=2，則U=k·uc=0.056hPa。

4小結(jié)

PTB210氣壓傳感器測(cè)量結(jié)果的不確定度為0.056 hPa。氣壓傳感器檢定時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的不確定度由重復(fù)性測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)器、采集誤差、裝置氣密性等影響量引起，計(jì)量特性相同或相近的氣壓傳感器可參考使用這一評(píng)定結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJF1059.1—2012 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[s].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

喬劍.災(zāi)情直報(bào)系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的處理[J].陜西氣象，2015(1)：41.

中圖分類(lèi)號(hào)：P414.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B