標準水銀溫度計測量不確定度的評估分析

余春光

(北海市計量測試研究所，廣西 北海536000)

由于傳統(tǒng)概念中的一等和二等標準水銀溫度計有著幾乎相當?shù)木龋饰覈?010年將兩者合并為標準水銀溫度計，并規(guī)定二等標準鉑電阻溫度計為其標準檢定器，同時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測量準度提供重要參考，下面就其測量方法和測量要點進行重點分析。

1 標準水銀溫度計測量概況

在評估標準水銀溫度計測量不確定度時，是以2010年實施的《標準水銀溫度計檢定規(guī)程》為測量依據(jù)，以規(guī)定的二等標準鉑電阻溫度計為主要計量裝置，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℃）標準溫度計為被測對象，經(jīng)科學(xué)校準后，將標準水銀溫度計和鉑電阻溫度計在同時時間浸入恒溫槽中，待其示值保持穩(wěn)定后準確讀取數(shù)值，并對溫度計修正值進行計算[1]；其中0.1℃和0.05℃分度值的溫度計分別以10℃和5℃為檢定間隔，并嚴格遵循標準-檢定-檢定-標準的讀數(shù)順序。

2 標準水銀溫度計測量的不確定度的相關(guān)參數(shù)

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

3 標準水銀溫度計的測量不確定度的評估分析

3.1 評估標準

在標準水銀溫度計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)成了一個較為完善的評估體系，具體分析如下：

如由溫度計示數(shù)估讀（讀數(shù)分辨力）引入的u（Δtx1）屬于B類標準，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)均勻分布進行計算得出u（Δtx1）≈0.006℃；由溫度計重復(fù)性示值引入的u（Δtx2）屬于不確定度的A類標準，如在50℃刻度中，被檢溫度計經(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類標準，因其三相點處的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類標準，考慮到t溫度下的鉑電阻溫度計電阻值Rt和其在水三相點溫度下的電阻值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類標準，由于低溫槽下二等標準鉑電阻溫度計自熱檢定值為1.3mk，可予以均勻分布計算，因而得出 u（Δts3）=0.0008℃；由鉑電阻溫度計Wt周期穩(wěn)定性引入的u（Δts4）屬于不確定度的B類標準，此時無需計算，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類標準，結(jié)合恒溫槽最大溫場溫差0.003℃可以計算出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類標準，此時結(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)計算確定u（Δts6）≈0.006℃。

3.2 結(jié)果分析

由上可知，標準水銀溫度計測量不確定度標準確實來源廣泛，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)計算，將u（Δtx2）納入標準水銀溫度計測量不確定度計算和評估范圍，同時舍棄 u（Δtx1）、u（Δts3）、u（Δts6）這些對計算結(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)，進而得到uc=0.025℃的合成標準，然后在將其視為正態(tài)分布的基礎(chǔ)上得到在P=95%時，k=2，那么對應(yīng)的U則為0.05℃。

而在利用規(guī)定的鉑電阻溫度計裝置對標準水銀溫度計的測量不確定度進行校準時，需要以JJG161-2010相關(guān)規(guī)定為依據(jù)，即為0.1℃分度值的標準水銀溫度計設(shè)置6個不同的校準點以及10℃的檢定間隔，獲取其測量不確定度數(shù)據(jù)[4]。考慮到被檢溫度計有著（-30～300）℃的測量范圍，故選用了7支溫度計用于測量不確定度試驗對象，以此獲取較為真實可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果；而相比之下，0.05℃分度值的溫度計中的 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，標準水銀溫度計測量不確定度評估工作對提高其示值精度和準度意義重大，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)、計量標準、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)果的準確性與客觀性，進而為相關(guān)部門提供真實可靠的依據(jù)和參考。

［1］魏壽芳，付志勇.再析一等標準水銀溫度計測量不確定度估算[J].實用測試技術(shù)，2010(03)：34-36.

［2］陳鳳鳳.二等標準水銀溫度計溫度修正值不確定度分析[J].中國計量，2011(11)：05-06.

［3］張玉芬，張弓.二等標準水銀溫度計不確定度如何評定[J].企業(yè)標準化，2010(04)：27-28.

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