標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度的評估分析

余春光

(北海市計(jì)量測試研究所，廣西 北海536000)

由于傳統(tǒng)概念中的一等和二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)有著幾乎相當(dāng)?shù)木龋饰覈?010年將兩者合并為標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)，并規(guī)定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為其標(biāo)準(zhǔn)檢定器，同時(shí)為提高其測量不確定度的評估質(zhì)量和水平，為有關(guān)單位改善水銀溫度計(jì)測量準(zhǔn)度提供重要參考，下面就其測量方法和測量要點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1 標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量概況

在評估標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度時(shí)，是以2010年實(shí)施的《標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定規(guī)程》為測量依據(jù)，以規(guī)定的二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)為主要計(jì)量裝置，以分度值分別為0.1℃和0.05℃（對應(yīng)的溫度范圍分別為-30～300℃和0-100℃）標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)為被測對象，經(jīng)科學(xué)校準(zhǔn)后，將標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)和鉑電阻溫度計(jì)在同時(shí)時(shí)間浸入恒溫槽中，待其示值保持穩(wěn)定后準(zhǔn)確讀取數(shù)值，并對溫度計(jì)修正值進(jìn)行計(jì)算[1]；其中0.1℃和0.05℃分度值的溫度計(jì)分別以10℃和5℃為檢定間隔，并嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)-檢定-檢定-標(biāo)準(zhǔn)的讀數(shù)順序。

2 標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量的不確定度的相關(guān)參數(shù)

為使標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度評估更為科學(xué)合理，則選擇了標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，如借助公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)的修正值，其中Δts和Δtx分別代表標(biāo)準(zhǔn)器與被檢溫度計(jì)的溫度偏差，ts和tn分別代表標(biāo)準(zhǔn)器示數(shù)與檢定點(diǎn)溫度，Wt、Wtn 和分別代表t溫度下鉑電阻溫度計(jì)的電阻比以及tn溫度下對應(yīng)的電阻比及其變化率；同時(shí)根據(jù)公式（Δts）=u2（Δtx）+u2（Δts）計(jì)算不確定度的傳播率，其中靈敏系數(shù) c1和 c2均為1。

3 標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)的測量不確定度的評估分析

3.1 評估標(biāo)準(zhǔn)

在標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度期間往往涉及諸多的不確定度來源，且對最終的評估結(jié)果有著不同程度的影響，從而構(gòu)成了一個(gè)較為完善的評估體系，具體分析如下：

如由溫度計(jì)示數(shù)估讀（讀數(shù)分辨力）引入的u（Δtx1）屬于B類標(biāo)準(zhǔn)，因其讀數(shù)分辨率為0.01℃，所以其區(qū)間半寬為0.01℃，后根據(jù)均勻分布進(jìn)行計(jì)算得出u（Δtx1）≈0.006℃；由溫度計(jì)重復(fù)性示值引入的u（Δtx2）屬于不確定度的A類標(biāo)準(zhǔn)，如在50℃刻度中，被檢溫度計(jì)經(jīng)10次重復(fù)測量可得到約為0.11℃的u（Δtx2）[2]；由鉑電阻自身復(fù)現(xiàn)性引入的u（Δts1）屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，因其三相點(diǎn)處的u99和k分別為5mk和2.58，故對應(yīng)的u（Δts1）約為0.002℃；由電測設(shè)備自身特性引入的u（Δts2）屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，考慮到t溫度下的鉑電阻溫度計(jì)電阻值Rt和其在水三相點(diǎn)溫度下的電阻值Rtp選用的電測設(shè)備不同，故兩者之間的測量誤差互不干擾，同時(shí)結(jié)合Δttp=10mk可以得到u（Δts2）=0.022℃；由測量電流出現(xiàn)自熱而引入的 u（Δts3）屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，由于低溫槽下二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)自熱檢定值為1.3mk，可予以均勻分布計(jì)算，因而得出 u（Δts3）=0.0008℃；由鉑電阻溫度計(jì)Wt周期穩(wěn)定性引入的u（Δts4）屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)無需計(jì)算，只需參考相應(yīng)的檢定證書便可發(fā)現(xiàn)該值變化很小，故可將其視為0；由恒溫槽不均勻的溫場引入的u（Δts5）屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合恒溫槽最大溫場溫差0.003℃可以計(jì)算出u（Δts5）約為0.002℃；而由恒溫槽波動溫度引入的u（Δts6）也屬于不確定度的B類標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)結(jié)合恒溫槽±0.01℃/10min的溫場穩(wěn)定性可以得出，其不確定度大約存在0.01℃的區(qū)間半寬，最終經(jīng)計(jì)算確定u（Δts6）≈0.006℃。

3.2 結(jié)果分析

由上可知，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)來源廣泛，這無疑加大了其不確定度評估難度，但經(jīng)深入分析可知，上述所提及的重復(fù)性分量涵蓋了由人員讀數(shù)偏差造成的不確定度分量，因此為避免出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算，將u（Δtx2）納入標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度計(jì)算和評估范圍，同時(shí)舍棄 u（Δtx1）、u（Δts3）、u（Δts6）這些對計(jì)算結(jié)果幾乎不存在影響的參數(shù)。 如此一來，便形成了由 u（Δtx2、 u（Δtx1）、 u（Δtx2）、u（Δtx5）和u（Δtx6）構(gòu)成的不確定度評估體系[3]；加之彼此之間的分量并無內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)而得到uc=0.025℃的合成標(biāo)準(zhǔn)，然后在將其視為正態(tài)分布的基礎(chǔ)上得到在P=95%時(shí)，k=2，那么對應(yīng)的U則為0.05℃。

而在利用規(guī)定的鉑電阻溫度計(jì)裝置對標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)的測量不確定度進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要以JJG161-2010相關(guān)規(guī)定為依據(jù)，即為0.1℃分度值的標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)設(shè)置6個(gè)不同的校準(zhǔn)點(diǎn)以及10℃的檢定間隔，獲取其測量不確定度數(shù)據(jù)[4]。考慮到被檢溫度計(jì)有著（-30～300）℃的測量范圍，故選用了7支溫度計(jì)用于測量不確定度試驗(yàn)對象，以此獲取較為真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果；而相比之下，0.05℃分度值的溫度計(jì)中的 u（Δtx1）和 u（Δtx2）有所變化。 綜上所述，得出 0.1分度值的 CMC參數(shù)為：（-30～0）℃、（0-100）℃和（100-300）℃測量范圍內(nèi)的 U 分別為0.05℃、0.05℃和 0.05-0.06℃。

4 結(jié)束語

總之，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度評估工作對提高其示值精度和準(zhǔn)度意義重大，但考慮到其不確定度有著較多的來源，因此要求以明確而規(guī)范的測量依據(jù)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、測量方法和評估方式為基礎(chǔ)前提和重要保障，以此確保不確定度評估結(jié)果的準(zhǔn)確性與客觀性，進(jìn)而為相關(guān)部門提供真實(shí)可靠的依據(jù)和參考。

［1］魏壽芳，付志勇.再析一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測量不確定度估算[J].實(shí)用測試技術(shù)，2010(03)：34-36.

［2］陳鳳鳳.二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)溫度修正值不確定度分析[J].中國計(jì)量，2011(11)：05-06.

［3］張玉芬，張弓.二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)不確定度如何評定[J].企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2010(04)：27-28.

［4］賀曉輝.二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)不確定度評定研究[J].安徽科技，2012(06)：12-13.