370數字氣壓儀測量結果不確定度分析

張 維，黃清治，韓書新，逄淑蕾

（黑龍江省大氣探測技術保障中心，哈爾濱 150030）

傳統的誤差評定由于其邏輯概念上的混亂及評定方法的不統一，進而引發出了測量結果不確定度的評定。測量不確定度評定方法及不確定度報告的表示方式都有明確的規定，使不同的國家和地區，以及不同的測量領域在表示測量結果極其不確定度時，具有相同的含義。

370數字氣壓儀（以下簡稱370）是國家局下發的省級大氣壓力計量標準器，靈敏度好、普及率高、操作簡單方便，可以適用于實驗室內檢定及自動站現場檢定工作。作為省級計量標準，370的檢定結果可信度影響量值溯源的結果及省級氣象計量站的標準考核工作。

1 概述

1.1 測量原理

用已經過量值溯源的大氣壓力標準器——745數字氣壓計，使用氣壓檢定裝置在不同壓力點下對370的測值進行比較。

1.2 測量方法

370主要用來檢定自動氣象站大氣壓力傳感器。本次檢定依據JJG875-2005《數字壓力計檢定規程》及參照JJG（氣象）001-2011自動氣象站氣壓傳感器檢定規程。

1.3 測量標準器

745數字氣壓計（以下簡稱745），最大允許誤差：0.08hPa。

1.4 環境條件

溫度：（18～22）℃；

濕度：≤85%RH。

2 建立相關數學模型

根據測量方法，建立如下數學模型：

其中：

3 確定各輸入量的標準不確定度

JJF1015-1999《測量不確定度評定與表示》中根據對標準不確定度評定方法的不同，規定了測量不確定度分析包括A類評定及B類評定。

A類評定為370測量結果的重復性；B類不確定度包含745測量不確定度，量值溯源的不確定度，計算機處理帶來的不確定度。

3.1 測量不確定度的A類評定

370的測量范圍是（500～1 100）hPa，為了提高測量結果不確定度的準確性，每隔50hPa選m個點，每點進行n次測量(n≥5)，結果按貝塞爾公式（2）計算標準偏差 ：

其中：

根據公式（2）計算370在各壓力點上的標準偏差，數值準確到千分位。結果見表1。

表1 370在各檢定點上的標準偏差（hPa）

由于是多點檢定法，即有m個點，每個點均進行n次檢定(n≥5)，單獨一個點不能代表其他檢定點,因此多個檢定點檢定結果的A類不確定度用合并樣本的標準差來表達更加科學、準確、合理。表達式如式（3）所示：

根據公式（3）計算合并樣本標準偏差為370的A類不確定度ua：

3.2 標準不確定度的B類評定

3.2.1 標準不確定度B類評定分量的確定

370的B類不確定度評定主要從標準器修正值、370測量的不確定度、檢定設備的波動度和均勻度等方面考慮。其不確定度分量 表達式如式（4）所示：

其中：

3.2.1.1 標準器745的不確定度uB1

標準器745最大允許誤差為0.08hPa，其給測量結果帶來的不確定度服從均勻分布，取包含因子=1.732，由式（4）得：

3.2.1.2 計算機數據處理帶來的修約誤差

本次檢定中計算處理時保留2位小數，修約誤差最大為0.005hPa，數據修約對各點的影響呈均勻分布，取包含因子k=1.732，由式（4）得：

3.2.2 B類標準不確定度uB合

在進行B類不確定度的評定時，只有各分量彼此互相獨立即不相關時，才可以進行B類標準不確定度的合成，表達式如式（5）所示：

根據式（5）得

uB合=0.046hPa。

3.3 合成標準不確定度（A類和B類）

表達式如式（6）所示：

根據式（6）得：

uc=0.046hPa。

3.4 確定擴展不確定度U

擴展不確定度為合成不確定度與包含因子的乘積，表達式如式（7）所示：

一般的擴展不確定度服從正態分布，取包含因子k=2，結果保留2位小數，根據式（7）得：

4 結論

370 的不確定度為U=0.09hPa（k=2）。

［1］ JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示［S］.國家質量監督檢驗檢疫總局，2013.

［2］ 張建敏，羅昶，呂文華.氣象計量測量指南［M］.北京：中國質檢出版社，2011:18-19，126.

［3］ 李偉，賀曉雷，齊久成.氣象儀器及測試技術［M］.北京：氣象出版社，2010:177-179.

［5］ 張虎，胡蒼龍，李曉紅.745數字氣壓計測量結果不確定度的評定［J］.計量與測試技術，2012,39（1）：54-57.