孫貞　王華章　劉亞男　李華

摘 要：測(cè)量不確定度是指表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。文章介紹了鉑電阻溫度傳感器在氣象應(yīng)用領(lǐng)域的不確定度評(píng)定方法。通過(guò)分析確定影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的穩(wěn)定性及不確定度、被檢溫度計(jì)的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。在分析不確定度來(lái)源和建立模型后，計(jì)算出了A類(lèi)不確定度和B類(lèi)不確定度，根據(jù)A、B類(lèi)不確定度結(jié)果計(jì)算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和自由度，最后得出擴(kuò)展不確定度。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；不確定度；檢定結(jié)果

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0016-02

1 概述

測(cè)量不確定度是指表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測(cè)量不確定度是測(cè)量系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，也是表征測(cè)量質(zhì)量的重要依據(jù)。測(cè)量不確定度不僅與計(jì)量科學(xué)密切相關(guān)，而且在計(jì)量管理和質(zhì)量保證體系中發(fā)揮日益重要的作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代誤差理論研究的前沿和核心問(wèn)題。

2 檢定方法

2.1 鉑電阻溫度傳感器

鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，具有精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，主要用來(lái)測(cè)量空氣溫度、地表溫度、淺層地溫等，它具有極佳的可互換性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于氣象部門(mén)。

2.2 檢定方法

依據(jù)JJG（氣象）002-2015《自動(dòng)氣象站鉑電阻溫度傳感器》檢定規(guī)程，將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)No.10516和被檢溫度傳感器PT100/304同時(shí)置入溫度檢定槽內(nèi)，數(shù)據(jù)線接到測(cè)溫電橋上，控制槽溫在50℃，待槽內(nèi)液體溫場(chǎng)穩(wěn)定、溫度計(jì)也進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，進(jìn)行10次測(cè)量， 計(jì)算被測(cè)量的估計(jì)值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差（見(jiàn)表1）。

3 不確定度評(píng)定方法

3.1 測(cè)量模型建立

3.2 不確定度來(lái)源及不確定度分量評(píng)定

由測(cè)量所得的測(cè)得值只是被測(cè)量的估計(jì)值，測(cè)量過(guò)程中的隨機(jī)效應(yīng)及系統(tǒng)效應(yīng)均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度的來(lái)源必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，分析時(shí)，除了定義的不確定度外，可從測(cè)量?jī)x器、測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量方法等方面考慮。

3.2.1 A類(lèi)不確定度評(píng)定

A類(lèi)不確定評(píng)定是對(duì)在規(guī)定測(cè)量條件下測(cè)得的量值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行的測(cè)量不確定度分量的評(píng)定，是被測(cè)量的估計(jì)值重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

重復(fù)性測(cè)量是指相同測(cè)量程序、相同操作者、相同測(cè)量條件、相同操作條件和相同地點(diǎn)，并在短時(shí)間內(nèi)對(duì)同一或相類(lèi)似被測(cè)對(duì)象重復(fù)測(cè)量得出的一組測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.2.2 B類(lèi)不確定度評(píng)定

B類(lèi)不確定度評(píng)定是用不同于測(cè)量不確定度A類(lèi)評(píng)定的方法對(duì)測(cè)量不確定度分量進(jìn)行的評(píng)定。

該實(shí)驗(yàn)中的B類(lèi)不確定度即是由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)（含測(cè)溫電橋）和溫度檢定槽工作區(qū)域不均勻性等引入的不確定度分量。

（1）測(cè)溫電橋的測(cè)量誤差引入的不確定度

測(cè)溫電橋技術(shù)指標(biāo)給定測(cè)量誤差全量程為0.1mk，換算為溫度值為0.0001℃，該誤差為正態(tài)分布，取K=2，引入的不確定度為：Ub1=0.0001/2=0.00005℃，B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的自由度v，根據(jù)韋爾奇-薩特思韋特公式求得。

式中：u（Xi）是由B類(lèi)不確定度得到的Xi的估計(jì)值xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，△u（Xi）/u（Xi）是u（Xi）的相對(duì)不確定度。其估計(jì)值的不可信度為10%，故自由度為：△u（Xi）/u（Xi）=0.1，因此，vB1=（10%）-2/2=50

經(jīng)計(jì)算得到，由電橋引入的不確定很小，可忽略不計(jì)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)穩(wěn)定性引入的不確定度

JJG160-2007一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程對(duì)水三相點(diǎn)（Rtp）穩(wěn)定性要求≤5mK（0.005℃），設(shè)為正態(tài)分布，取k=2，則：UB2=0.005/2=0.0025℃，其估計(jì)值的不可信度為10%，自由度為：

（3）標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的不確定度

JJG《國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表》對(duì)一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度不確定度要求為（7.1～0.5mK），根據(jù)氣象業(yè)務(wù)使用范圍要求，按照≤5mK（0.005℃）計(jì)算，設(shè)為正態(tài)分布，取k=2，則：UB3=0.005/2=0.0025℃，其估計(jì)值的不可信度為20%，故自由度為：

（4）被檢溫度計(jì)的分辨力引入的不確定度

（5）溫度檢定槽溫場(chǎng)不均勻性引入的不確定度

3.3 不確定度一覽表（見(jiàn)表2）

4 結(jié)束語(yǔ)

影響鉑電阻溫度傳感器的不確定度的因素主要有測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的穩(wěn)定性及不確定度、被檢溫度計(jì)的分辨力和檢定槽溫的不均勻性。通過(guò)對(duì)氣象用鉑電阻溫度計(jì)檢定結(jié)果的計(jì)算分析，得出該套溫度計(jì)檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：包含概率為95%時(shí)，kp=2.13，U95為0.026℃。

參考文獻(xiàn)：

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