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        PTB210氣壓傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析

        2016-01-06 01:41:23張二國(guó)魯物婷李秀琳
        陜西氣象 2015年1期
        關(guān)鍵詞:不確定度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差

        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

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