徐富群

摘 要：隨著環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備越來(lái)越被廣大科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)廣泛運(yùn)用于產(chǎn)品研發(fā)、原材料檢測(cè)和成品質(zhì)量的監(jiān)控等，對(duì)此類(lèi)設(shè)備開(kāi)展校準(zhǔn)工作顯得非常有必要。該文分別就環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的溫度值和相對(duì)濕度值在校準(zhǔn)過(guò)程中產(chǎn)生的不確定度做了一個(gè)評(píng)定，以確保對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備開(kāi)展校準(zhǔn)工作的科學(xué)有效性。

關(guān)鍵詞：環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備 溫度偏差 濕度偏差 不確定度

中圖分類(lèi)號(hào)：TB9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（a）-0090-03

1 溫度偏差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

1.1 概述

（1）校準(zhǔn)依據(jù)：JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》。

（2）校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器：一臺(tái)DTZ-300型溫濕度場(chǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。溫度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；濕度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）環(huán)境條件：在溫度21 ℃，濕度60%RH的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

（4）被檢器具：該次校準(zhǔn)分析用一臺(tái)溫度指示分辨率是0.1 ℃，濕度指示分辨率是1%RH的環(huán)境試驗(yàn)箱為例，校準(zhǔn)點(diǎn)溫度為20.0 ℃，濕度80%RH。

（5）校準(zhǔn)方法：用DTZ-300型溫濕度場(chǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量該環(huán)境試驗(yàn)箱的溫度偏差。溫度偏差是指被檢設(shè)備溫度顯示儀表值與環(huán)境試驗(yàn)箱腔體幾何中心點(diǎn)實(shí)際測(cè)量的溫度之差。

1.2 數(shù)學(xué)模型

ΔT=-（+t修） （1）

式中：ΔT為溫度偏差，℃；為設(shè)備顯示溫度平均值，℃；為中心點(diǎn)15次測(cè)量值的平均值，℃；t修為測(cè)量?jī)x器指示值的修正值，℃。

1.3 靈敏系數(shù)和方差

1.3.1 靈敏系數(shù)

對(duì)（1）式各分量求偏導(dǎo)，得分量的靈敏系數(shù)c1=1；分量的靈敏系數(shù)c2=-1；t修分量的靈敏系數(shù)c3=-1。

1.3.2 方差

由、引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分別為u1、u2，它們彼此獨(dú)立，因此方差可表示為：

+（c3 u3）2

1.4 測(cè)量不確定度分量評(píng)定

1.4.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1的評(píng)定

輸入量的不確定度來(lái)源主要有測(cè)量重復(fù)性作為的不確定度u1。

測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u11采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。設(shè)備設(shè)定溫度為20.0 ℃。

在設(shè)備溫度穩(wěn)定后，按上述方法讀取設(shè)備顯示溫度值，共15次，得到測(cè)量列20.1、20.0、19.9、20.0、20.0、19.9、19.9、19.9、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0 ℃，則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

si=0.08 ℃

因此u1=0.08 ℃。

1.4.2 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2的評(píng)定

輸入量的不確定度來(lái)源主要有測(cè)量重復(fù)性作為的不確定度u2。

測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

在設(shè)備溫度穩(wěn)定后，按上述方法讀取測(cè)量?jī)x表的顯示溫度值，共15次，得到修正后的測(cè)量列20.36、20.32、20.26、20.31、20.33、20.27、20.25、20.30、20.33、20.37、20.34、20.38、20.34、20.36、20.30 ℃，則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

si=0.04 ℃

即u2=0.04 ℃。

1.4.3 輸入量t修的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3的評(píng)定

采用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

查校準(zhǔn)證書(shū)，測(cè)量?jī)x表指示值20 ℃時(shí)修正值的擴(kuò)展不確定度為U=0.10℃，包含因子k=2。則u3=0.10/2=0.05 ℃。

1.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

（1）輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示。

（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算。

輸入量、、t修彼此相互獨(dú)立，因此合成不確定度為

=0.11 ℃

同樣，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到各校準(zhǔn)點(diǎn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：溫度-30 ℃時(shí)u=0.53 ℃，溫度100 ℃時(shí)u=0.31 ℃。

1.6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取k=2，則其擴(kuò)展不確定度為溫度-30 ℃時(shí)U=0.53×2=1.06 ℃；溫度20 ℃時(shí)U=0.11×2=0.22 ℃；溫度100℃時(shí)U=0.31×2=0.62 ℃。

1.7 測(cè)量不確定度的報(bào)告

設(shè)備溫度偏差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：溫度-30 ℃時(shí)U=1.1 ℃，k=2；溫度20 ℃時(shí)U=0.3 ℃，k=2；溫度100 ℃時(shí)U=0.7 ℃，k=2。

2 濕度偏差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

2.1 概述

（1）校準(zhǔn)依據(jù)：JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》。

（2）校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器：一臺(tái)DTZ-300型溫濕度場(chǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。溫度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；濕度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）環(huán)境條件：在溫度21 ℃，濕度60%RH的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

（4）被檢器具：該次校準(zhǔn)分析用一臺(tái)溫度指示分辨率是0.1 ℃，濕度指示分辨率是1%RH的環(huán)境試驗(yàn)箱為例，校準(zhǔn)點(diǎn)溫度為20.0 ℃，濕度80%RH。

（5）校準(zhǔn)方法：用DTZ-300型溫濕度場(chǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量該環(huán)境試驗(yàn)箱的溫度偏差。濕度偏差是指被檢設(shè)備濕度顯示儀表值與環(huán)境試驗(yàn)箱腔體幾何中心點(diǎn)實(shí)際測(cè)量的濕度之差。

2.2 數(shù)學(xué)模型

ΔH=-（+） （2）

式中：ΔH為相對(duì)濕度偏差，%RH；為設(shè)備顯示濕度值，%RH；為中心點(diǎn)15次濕度測(cè)量值的平均值，%RH；為濕度修正值。

2.3 靈敏系數(shù)和方差

2.3.1 靈敏系數(shù)

對(duì)（2）式各分量求偏導(dǎo)，得分量的靈敏系數(shù)c1=1；分量的靈敏系數(shù)c2=-1；分量的靈敏系數(shù)c3=-1。

2.3.2 方差

由、引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分別為u1、u2，它們彼此獨(dú)立，因此方差可表示為：

+（c3 u3）2

2.4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

2.4.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1的評(píng)定

輸入量的不確定度來(lái)源主要有測(cè)量重復(fù)性作為的不確定度u1。

測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

在設(shè)備濕度穩(wěn)定后，按上述方法讀取設(shè)備顯示濕度值，共15次，得到測(cè)量列（單位：%RH）：78、78、79、79、79、79、79、79、79、78、78、78、78、79、79，則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

si=0.51%RH

2.4.2 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2的評(píng)定

輸入量的不確定度來(lái)源主要為測(cè)量重復(fù)性作為的不確定度u2。

測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

在設(shè)備濕度穩(wěn)定后，按上述方法讀取測(cè)量?jī)x表的顯示濕度值，共15次，修正后得到測(cè)量列（單位：%RH）：78.9、78.9、79.0、79.1、79.2、79.2、79.1、79.2、79.0、78.9、78.7、78.9、78.9、79.0、79.1，則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

si=0.14%RH

因此u21=0.14%RH。

2.4.3 輸入量H修的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3的評(píng)定

采用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

查校準(zhǔn)證書(shū)，測(cè)量?jī)x表指示值80.0%RH時(shí)修正值的擴(kuò)展不確定度為U=1.0%RH，k=2，u3=1.0/2=0.50%RH。

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

（1）輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示。

（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算。

輸入量、彼此相互獨(dú)立，因此合成不確定度為

RH

同樣，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到各校準(zhǔn)點(diǎn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：相對(duì)濕度40%時(shí)u=0.68%RH，相對(duì)濕度90%時(shí)u =1.55%RH。

2.6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取k=2，則擴(kuò)展不確定度為相對(duì)濕度40%時(shí)U=0.68×2= 1.36%RH；相對(duì)濕度80%時(shí)U=0.73×2=1.46%RH；相對(duì)濕度90%時(shí)U=1.55×2=3.10%RH。

2.7 測(cè)量不確定度的報(bào)告

設(shè)備濕度偏差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：相對(duì)濕度40%時(shí)U=1.4%RH，k=2；相對(duì)濕度80%時(shí)U=1.5%RH，k=2；相對(duì)濕度90%時(shí)U=3.1%RH，k=2。

參考文獻(xiàn)

[1] 田唯學(xué)，文麗松，龐景宇.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度評(píng)定[J].工業(yè)計(jì)量，2013（S1）：138-139，142.

[2] 張利，王選擇.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的偏差不確定度評(píng)定[A].湖北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)與傳動(dòng)專(zhuān)委會(huì)暨武漢市機(jī)械設(shè)計(jì)與傳動(dòng)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)[C].2012.

[3] 莫永麗.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定[J].科技風(fēng)，2014（7）：277.