宋 媛，吳麗娜，第五朋朋

(甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心，蘭州 730020)

0 引言

在氣象要素的測(cè)量中，由于受各種因素和環(huán)境的影響，誤差的產(chǎn)生不可避免[1]。不確定度[2]的評(píng)定作為計(jì)量工作中的重要內(nèi)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的量值表示和準(zhǔn)確規(guī)范計(jì)量工作方面有著重要意義[3，4]。

隨著機(jī)械式溫濕度表的廣泛使用，為確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，定期對(duì)機(jī)械式溫濕度表進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)顯得非常重要。文章根據(jù)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求，以WS-1型機(jī)械式溫濕度表作為檢定對(duì)象，通過(guò)實(shí)例給出該溫濕度表在室溫下的測(cè)量不確定度分析和計(jì)算過(guò)程，可為相關(guān)溫濕度表(計(jì))檢定可信度的評(píng)估提供參考。

1 不確定度評(píng)定方法

1.1 不確定度評(píng)定方法概述

測(cè)量不確定度的評(píng)定以JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》為依據(jù)，并參考JJG 205-2005《機(jī)械式溫濕度計(jì)》檢定規(guī)程。由精密露點(diǎn)儀、LF-300X溫濕度檢定箱和自校式鉑電阻數(shù)字測(cè)溫儀等共同組成精密露點(diǎn)儀標(biāo)準(zhǔn)裝置。通過(guò)精密露點(diǎn)儀標(biāo)準(zhǔn)裝置確定被檢儀器的誤差。

1.2 不確定度評(píng)定

1.2.1 不確定度的A類評(píng)定

(1)

s為單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

(2)

(3)

因此，A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(4)

當(dāng)有多個(gè)檢定點(diǎn)時(shí)，每個(gè)檢定點(diǎn)均進(jìn)行n次檢定，此時(shí)，A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(5)

此時(shí)的自由度v為m(n-1)。

1.2.2 不確定度的B類評(píng)定

不確定度的B類評(píng)定，一般是根據(jù)過(guò)去的測(cè)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)廠家的技術(shù)說(shuō)明書(shū)、校準(zhǔn)證書(shū)、檢定證書(shū)、假設(shè)的概率分布及其數(shù)字特征、測(cè)量?jī)x器的特性和其他相關(guān)資料等逐項(xiàng)進(jìn)行分析計(jì)算。

在對(duì)機(jī)械式溫濕度表進(jìn)行不確定度的B類評(píng)定時(shí)，首先要分析出機(jī)械式溫濕度表測(cè)量不確定度的因素，然后確定每個(gè)因素不確定度分量值，要確定各不確定度分量彼此獨(dú)立，最后才能進(jìn)行B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成。

在進(jìn)行不確定度的B類評(píng)定時(shí)，自由度vi可按公式(7)近似計(jì)算。

(7)

1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

(8)

式中，ui為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或者B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或同時(shí)表示為A類和B類。

在對(duì)機(jī)械式溫濕度表值進(jìn)行合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定時(shí)，式(8)可以簡(jiǎn)化為：

(9)

1.4 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

根據(jù)濕度測(cè)量過(guò)程中各個(gè)因素不確定度分量的有效自由度，計(jì)算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，最后計(jì)算出擴(kuò)展不確定度：

U=k×uc

(10)

2 評(píng)定實(shí)例

2.1 A類不確定度分量的分析計(jì)算

文章選用WS-1機(jī)械式溫濕度表作為被檢溫濕度表，將其接入精密露點(diǎn)儀標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)。按照J(rèn)JG 205-2005《機(jī)械式溫濕度計(jì)》檢定規(guī)程對(duì)其進(jìn)行40%RH、60%RH和80%RH的多點(diǎn)檢定，待精密露點(diǎn)儀穩(wěn)定后讀取被檢濕度傳感器的示值。在重復(fù)性條件下，每個(gè)檢定點(diǎn)連續(xù)讀取10組數(shù)據(jù)，然后由式(2)、(3)和(4)計(jì)算出各檢定點(diǎn)單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差(表1)。

表1 單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 %RH

合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差為：

在實(shí)際檢定中，對(duì)被檢表進(jìn)行2次讀數(shù)，將兩次檢定誤差算術(shù)平均值作為檢定結(jié)果，則該結(jié)果的不確定度為：

2.2 B類不確定度分量的分析計(jì)算

2.2.1 精密露點(diǎn)儀傳遞誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(HB1)

S-1M/S-1S精密露點(diǎn)儀的最大允許誤差限，采用生產(chǎn)單位給出的露點(diǎn)系統(tǒng)精度為±0.2 ℃，利用露點(diǎn)儀進(jìn)行濕度檢定時(shí)一般將箱內(nèi)溫度控制在20 ℃，故可根據(jù)公式(1)、(2)算出箱內(nèi)溫度(t)和露點(diǎn)(td)的絕對(duì)溫度T和Td，再根據(jù)公式(3)、(4)分別計(jì)算出實(shí)際水汽壓e和飽和水汽壓es，然后將e和es代入式(5)得濕度最大允許誤差為±1.1%RH。

Td=273.16+td

(11)

T=273.16+t

(12)

(13)

(14)

(15)

式(13)、(14)中的a=17.2693882，b=35.86。

取正態(tài)分布，包含因子k=2，則由其引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.2 溫濕度檢定箱濕度波動(dòng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(HB2)

2.2.3 溫濕度檢定箱濕度場(chǎng)不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(HB3)

(說(shuō)明：在測(cè)定A類不確定度時(shí)，精密露點(diǎn)儀的傳感器是固定在一個(gè)位置上進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的，已包含溫濕度檢定箱濕度場(chǎng)的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的不確定度分量，故在評(píng)定檢定裝置的B類不確定度分量時(shí)不再考慮。)

因此，由公式(6)可得，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

上述分析的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量均為不相關(guān)量，因此由式(9)求得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

取k=2，由式(10)求得擴(kuò)展不確定度為

U=k×uc=2×0.88=1.8%RH

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，機(jī)械式溫濕度表(計(jì))濕度測(cè)量結(jié)果的不確定度U=1.8%RH，包含因子k=2。以上只對(duì)個(gè)例進(jìn)行了分析，但文章給出的評(píng)定方法，可為機(jī)械式溫濕度表濕度檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定提供參考。