王靜敏

(福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003)

溫度測量設(shè)備是由兩個部分組成的，第一部分是溫度傳感器，第二部分是用于鑒定溫濕度的測量設(shè)備檢查儀，該套裝置具有相對應(yīng)的溫度校準(zhǔn)值。保證環(huán)境試驗裝置處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，工作空間各個測量點在規(guī)定時間內(nèi)進行實測，所得的最高溫度以及設(shè)定的溫度存在上下的偏差，一種是溫度高于設(shè)定值，記為溫度上偏移，一種是溫度低于設(shè)定值，記為溫度下偏移。由此，展開記錄分析。

1.溫度數(shù)據(jù)處理

溫度偏差測量模型：Δtmax=tmax-ts

式中：Δtmax-溫度上偏差，℃；

Δtmin-溫度下偏差，℃；

tmax-各測量點規(guī)定時間內(nèi)測量的最高溫度，℃；

tmin-各測量點規(guī)定時間內(nèi)測量的最低溫度，℃；

ts-溫濕度試驗設(shè)備設(shè)定溫度，℃。

2.導(dǎo)致溫度不確定原因分析

被測設(shè)備儀表可能存在重復(fù)讀數(shù)的問題；

標(biāo)準(zhǔn)器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度讀數(shù)分量；

溫度測量裝置讀數(shù)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

溫度測量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4，從標(biāo)準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)證書中獲得；

標(biāo)準(zhǔn)儀器修正值中所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定性分量；

標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

3.不確定度分量問題分析

3.1 由tmax,tmin 引入的不確定度分析

對大氣環(huán)境質(zhì)量實驗檢測設(shè)備的顯示平均值，可以作10次獨立或多次重復(fù)的數(shù)據(jù)測量，從實驗設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示儀上可以記錄下每個顯示器上各位置，同時讀取10 次的數(shù)據(jù)顯示值，記為td1，td2，…，td10，平均值數(shù)據(jù)標(biāo)記格式為，其在40℃為校準(zhǔn)點，記下每次測量10 組數(shù)據(jù)39.90、39.90、40.00、40.00、40.00、39.90、40.00、40.00、39.90、40.00，由于上偏差與下偏差溫度不確定性數(shù)據(jù)來源及其統(tǒng)計數(shù)值不一致，因此本文只是以氣體溫度上的上下偏差為實際應(yīng)用案例，進行了偏差不確定度的分析評價。

根據(jù)公式

3.2 由標(biāo)準(zhǔn)儀器分辨力導(dǎo)致引入的非確定度分量分析

標(biāo)準(zhǔn)儀器在分辨率下的測量力引入的不確定度u2，標(biāo)準(zhǔn)儀器的區(qū)間分辨力長度范圍大小為0.01℃，不大于確定的長度區(qū)間范圍區(qū)間半寬0.005℃，服從均勻的區(qū)間分布，則根據(jù)該區(qū)間分辨力值的計算可得出可以引入一個標(biāo)準(zhǔn)器不大于確定的長度區(qū)間分量：

3.3 溫度測量裝置讀數(shù)重復(fù)性u3

對于一臺環(huán)境實驗設(shè)備進行10次獨立或多次重復(fù)的測量，從一臺標(biāo)準(zhǔn)儀的顯示器上判斷每個設(shè)備分別讀取10 次的顯示數(shù)據(jù)值，記為 ti1,ti2，…，ti10,量程為-80～0℃,以-50℃為例，其測量10 次：-50.12、-50.15、-50.23、-50.19、-50.34、-50.26、-50.18、-50.15、-50.08、-50.01。

根據(jù)公式

則由10 次獨立或非一次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)測量所直接引入的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定性值的分量值為u3=s（）=0.09℃。

量程為0～100℃，以40℃為例，其測量10 次：39.95、39.95、39.97、39.91、39.98、39.92、39.95、39.98、39.93、39.89，計算所要求的實驗算術(shù)誤差平均值為一個實驗標(biāo)準(zhǔn)差值，即s（）=0.03℃。則由10 次獨立或非標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性獨立重復(fù)溫度測量引入所對應(yīng)引入的一個標(biāo)準(zhǔn)獨立不確定性重復(fù)分量值為u3=s（）=0.03℃。

量程為100～300 ℃，以200 ℃為例，其測量10 次：199.89、199.92、199.93、199.96、199.94、199.95、199.98、199.95、199.96、199.92，計算所需求的實驗算術(shù)誤差平均值為一個實驗標(biāo)準(zhǔn)差值即s（）=0.03℃。則由10 次獨立或非標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性獨立重復(fù)溫度測量所對應(yīng)引入的一個標(biāo)準(zhǔn)獨立不確定性重復(fù)分量值為u3=s（）=0.03℃。

則由ti 引入的不確定度如表1 所示：

表1 ti 不確定度數(shù)據(jù)表

3.4 溫度測量設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4

從標(biāo)準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)證書中獲得不確定度如表2 所示：

表2 u4 不確定度數(shù)據(jù)表

3.5 標(biāo)準(zhǔn)器修正值所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定性分量u5

標(biāo)準(zhǔn)器的確定溫度分量校驗值經(jīng)過修正后，如果取得的不大于確定的溫度值為U=0.04℃，k=2，則根據(jù)一個標(biāo)準(zhǔn)器的確定溫度分量校驗值可以引人一個標(biāo)準(zhǔn)不大于確定的溫度的一個分量：u5=U/K=0.04/2=0.02℃

3.6 標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u6

本統(tǒng)計方法對于一個標(biāo)準(zhǔn)器中進行相鄰兩次校準(zhǔn)，改變時間的平均溫度進行修正，平均值最大溫度改變0.10℃，按均勻溫度分布。由此我們可以重新引入一個標(biāo)準(zhǔn)不確定改變程度中的分量：u6=0.10/=0.06℃

4.關(guān)于不確定度總結(jié)分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析表

4.3 計算擴展不確定度

取包含因子k=2，計算擴展不確定度如表5 所示：

表5 計算擴展不確定度分析表

5.測量不確定度的報告與表示

溫度試驗設(shè)備溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果不確定的擴展不確定度為測量范圍-80～0℃：U ＝0.26℃，k=2；測量范圍0～100℃：U＝0.16℃，k=2；測量范圍100～300℃：U ＝0.20℃，k=2。