光照度計校準結果測量不確定度評定

洪波

摘 要：照度與人們的生活有著密切的關系，光照度計作為照明測量中常用的測量儀器，廣泛應用于工農業生產、建筑、影視和醫療衛生等行業中。為了對光照度計的不確定度進行分析，找出影響不確定度的因素，并對不確定度進行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準確性，應用測量不確定評定理論，該文以JJG245-2005為測量依據，通過建立數學模型，對光照度計校準結果的不確定度進行了分析，得出用光照度計校準結果的不確定度在100lx處，為Urel=1lx。

關鍵詞：測量不確定度 評估分析 光照度計

中圖分類號：TN23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0054-02

1 測量原理與環境

照明與人們的生活有著密切的關系，充足的光照，可防止人們免遭意外事故的發生。反之，過暗的光線可引起人體疲勞的程度遠遠超過眼睛的本身。因此，不適或較差的照明條件是造成事故和疲勞的主要原因之一[1]。光照度計作為照明測量中常用的測量儀器，廣泛應用于工農業生產、建筑、影視和醫療衛生等行業中，為了對光照度計的不確定度進行分析，找出影響不確定度的因素，并對不確定度進行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準確性，應用測量不確定評定理論，該文以JJG245-2005為測量依據，通過建立的數學模型，對光照度計校準結果的不確定度進行了分析。

1.1 測量方法

光照度計的校準主要是對光照度示值誤差的確認，采用光強標準燈法進行校準，由光強標準燈在一定距離的位置產生的光照度來校準被檢表。

光照度測量示值誤差檢定裝置主要由光強標準燈、帶標尺光軌（含探測器小車、擋光屏、燈架小車）、直流穩流穩壓電源（數顯）組成，整個校準過程應在暗室進行。通過移動光度頭位置，調整光度頭與光強標準燈之間的距離，使光強標準燈在光度頭受光面上產生不同的光照度值E，根據光強和照度之間公式E=I/l2算出標準值直接和儀器讀數對比，得出儀器示值誤差，檢定裝置如圖1所示。

1.2 測量工具和儀器設備

（1）直流穩流穩壓電源（數顯）WY1

2010：1臺，電壓（12～120）V，電流（1～10）A；電壓穩定度小于0.02%/30min。

（2）發光強度標準燈：1支，284.1cd，U=0.8%，k=2；

（3）測光導軌10m：1個，（0.1～10）m，MPE：±0.2 mm/m（包括比高器、垂直平面對準裝置、探頭座小車、光闌、燈座小車）。

1.3 環境條件

校準實驗室應為暗室，避免周圍環境帶來的雜散光進入測光系統，溫度應保持在（20±5）℃。測光系統及電測儀表所在房間的溫度應保持在（20±2）℃、濕度應小于85%RH。

2 數學模型

2.1 建立數學模型

ΔE=-，

式中：

ΔE——被檢照度計的示值誤差；

——被檢照度計顯示值的平均值；

——標準燈的發光強度，=284.2cd；

——供給標準燈的電流，=5.8930A；

——標準燈的燈絲平面到光度頭測試面的距離，=1.6855m。

2.2 靈敏系數

c1=ΔE/E=1，

c2=ΔE/I==-0.357m-2，

c3=ΔE/l==118.65cd/m3。

3 輸入量的標準不確定度評定

3.1 輸入量的標準不確定度u（）的評定

u（）的來源主要是照度計的測量不重復性，它反映了各種隨機因素的綜合影響。因此采用A類方法評定。

在給定電流（i=5.8980A）下點燃標準燈，固定標準燈的燈絲平面到光度頭測試面的距離（l=1.6858m），連續10次讀取照度計的顯示值結果分別是：98.6、98.1、98.3、98.2、98.2、98.5、98.3、98.5、98.7、98.4。

單次實驗標準差為：

s（E）==0.185（lx），

實際校準以2次測量平均值作為測量結果，則

u（）=s（）=s（E）/=0.133（lx），

其自由度為：υ=n-1=9。

3.2 輸入量I的標準不確定度u（I）的評定

u（I）的來源主要由光強值的不確定度及電測系統的不確定兩部分組成，均用B類方法評定。

3.2.1 光強值的不確定度

由發光強度一級標準燈的校準證書得到，測量結果的相對擴展不確定度U=0.8% k=2。則光強值的標準不確定度為：

u（I1）==1.136 （cd）

估計=0.25，則自由度為

υ（I1）==8。

3.2.2 電測系統的不確定度

雖然供給標準燈工作與校準時的電流，數值上完全相同，但由于兩種工作條件下所用電測設備一般不完全相同，所以供給燈的實際電流值存在差異，估計兩者最大差異可達0.04%，此項服從均勻分布，則電流值的相對標準不確定度為：

ur（i）==0.0115%，

由經驗公式：，

得知，由于電流的不確定度帶給光強的標準不確定度為：

u2（I2）=284.1×6×0.0115%=0.196（cd），

由于此不確定度是按電流的最大差異計算的，則認為：

υ（I2）→∞。

3.3 輸入量I的標準不確定度u（I）的評定

u（l）的來源主要由測量距離的不確定度及光度頭與燈絲平面調節的不確定度兩部分組成，均用B類方法評定。endprint

3.3.1 測量距離的不確定度

該規程規定，光軌測距米尺1 m內的總誤差不大于0.2 mm。此項服從均勻分布，則測量距離的標準不確定度為：

u（l1）==0.0002（m）。

由于此項不確定度是按測距的最大允許誤差計算的，則認為：

υ（l1）→∞。

3.3.2 光度頭與燈絲平面調節的不確定度

根據實驗經驗與相關資料判定，光度頭與燈絲平面的調整帶來的對l值的影響不會超過±1 mm，服從三角分布，則光度頭與燈絲平面的調整帶給l值的標準不確定度為

u（l2）==0.0004（m），

同樣認為：υ（l2）→∞。

4 標準不確定度分量的評定

標準不確定度分量及相關信息見表1。

4.1 合成標準不確定度的評定

各標準不確定度分量彼此不相關，則合成標準不確定度為：

uc（ΔE）==0.433（lx）

相對標準不確定度為：

uc（ΔE）r==0.434%

有效自由度為：

υeff==

≈10。

4.2 擴展不確定度的評定

取置信概率p=95%，由t分布表查得：t（10）=2.28。

擴展不確定度為：

U= t（10）uc（ΔE）r=0.99%。

4.3 相對測量不確定度報告

此照度計在標準照度為100lx處，示值誤差的測量結果不確定度為：

Urel=1lx；k=2。

5 結語

該文以JJG245-2005為測量依據，通過建立數學模型，對光照度計校準結果的不確定度進行了分析，得出用光照度計校準結果的不確定度在100 lx處，為Urel=1lx。并對不確定度進行評估，給出不確定度，如實反映測量的置信度和準確性，應用測量不確定評定理論。

參考文獻

[1] 齊鳳河，劉楚明.基于BH1710的照度計設計[J].大慶師范學院學報，2011，31（6）：14-17.

[2] 葉德培，趙峰，施昌彥，等.國家計量技術規范（JJF1059.1-2012）：測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2012.

[3] 姜曉梅，高執中.國家計量檢定規程（JJG 245-2005）[S].北京：中國計量出版社，2005.endprint