標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈示值測量結(jié)果不確定度評定

【摘 要】 本文依據(jù)JJG110-2008標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈檢定規(guī)程和JJF1059-1999測量不確定度評定與表示，分析了采用光電高溫計標(biāo)準(zhǔn)裝置分度標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈測量結(jié)果不確定度的來源，并詳細(xì)介紹了標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈示值測量結(jié)果不確定度的評定方法。

【關(guān)鍵詞】 標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈 示值 不確定度 自由度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.02.009

1 概述

（1）測量依據(jù)：JJG110-2008《標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈檢定規(guī)程》。

（2）測量環(huán)境：環(huán)境溫度為（20±2）℃;相對濕度為不大于75%。

（3）測量標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計：溫度測量范圍為（800～2500）℃，有效波長為（650～660）nm，擴(kuò)展不確定度為0.2nm。

（4）被測對象：兩只不同量程的標(biāo)準(zhǔn)鎢帶燈（以下簡稱“鎢帶燈”）：（800～1400）℃、年穩(wěn)定性為±3℃的真空式鎢帶燈和（1400～2000）℃、年穩(wěn)定性為±5℃的充氣式鎢帶燈。

（5）測量方法：直接分度法。

2 測量模型

[In][=Iav-（tav-tcer）?dIdt]

式中：[In]——鎢帶燈整百度的電流值;[Iav]——鎢帶燈在分度點(diǎn)的電流平均值;[tav]——高溫計溫度測量值的平均值;[tcer]——在分度點(diǎn)高溫計的標(biāo)準(zhǔn)值;[dIdt]——實(shí)測溫度附近，鎢帶燈電流隨溫度的變化率。

3 靈敏系數(shù)

[cIAV=?In?Iav=1];[ctav=?In?Iav=-dIdt];[ctcer=?In?Iav][=dIdt]

由于各輸入量不相關(guān)，在忽略[dIdt]的不確定度影響的條件下，鎢帶燈分度結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 為：

[uc][=u2Iav+u2tv+u2tcer]

[=][c2Iav?u2（Iav）+c2tav?u2（tav）+c2tref?u2（tcer）]

4 鎢帶燈示值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

4.1 輸入量[Iav]引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（Iav）]

輸入量[Iav]的不確定度來源主要有電測設(shè)備和鎢帶燈分度的重復(fù)性。

（1）電測設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（Iav1）]

采用KEITHLEY 2010數(shù)字多用表和標(biāo)準(zhǔn)電阻測量鎢帶燈通電電流，對電流測量結(jié)果不確定度有貢獻(xiàn)的因素包括電測設(shè)備（包括數(shù)字多用表和標(biāo)準(zhǔn)電阻）、電源穩(wěn)定度、電源電流紋波系數(shù)的影響。由于實(shí)驗(yàn)測量間隔時間短，電源穩(wěn)定度和電源電流的紋波系數(shù)的影響忽略不計。電測設(shè)備引入的[Iav]的不確定度為0.001A，按均勻分布考慮，則：

[u（Iav1）=0.0013]=0.0006A，

其不確定度可靠性為90%，則自由度為γ=50。

（2）鎢帶燈分度重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（Iav2）]

在重復(fù)性測量條件下，標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計標(biāo)準(zhǔn)裝置對真空燈（800～1400）℃和充氣燈（1400～2000）℃各測量8次，則：

依據(jù)[S=i=18（Xi-X）2n-1]，[s（xi）n=u（Iav2）]，自由度γ可得：

S=（0.0002～0.0005）A，[s（xi）n=（0.00007～0.0001][8）]A，γ=7。

真空燈（800～1400）℃

[u（Iav）=u2（Iav1）+u2（Iav2）]=0.0007A，有效自由度[veff]=（88～92）;

充氣燈（1400～2000）℃

[u（Iav）=u2（Iav1）+u2（Iav2）]=0.0007AA，有效自由度[veff]=（88～92）。

4.2 輸入量[tav]引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tav）]

對輸入量[tav]的不確定度有影響的因素包括高溫計測量重復(fù)性、高溫計的分辨力、高溫計和鎢帶燈的溫度系數(shù)等。

（1）標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計對鎢帶燈分度時的重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tav1）]

在重復(fù)性測量條件下，裝置對真空燈（800～1400）℃和充氣燈（1400～2000）℃各測量8次，則：

依據(jù)[S=i=18（Xi-X）2n-1]，[s（xi）n=u（tav1）]，自由度γ可得：

S=（0.003～0.074）℃，[s（xi）n]=（0.002～0.027）℃，γ=7。

（2）標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tav2）]

標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計分辨力為0.001℃，則分辨力引入的誤差區(qū)間的半寬為分辨力的1/2，按均勻分布：

[u（tav2）=0.0123][=0.0003]℃

不確定度可靠性為90%，自由度為γ=50。

（3）標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計與鎢帶燈的溫度系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tav3）]

環(huán)境溫度變化2℃引起的光電高溫計與鎢帶燈溫度系數(shù)對[tav]的影響為0.4℃，按均勻分布考慮，[u（tav3）=0.43]=0.24℃

其不確定度可靠性為90%，則自由度為γ=50。

真空燈（800～1400）℃：

[u（tav）=u2（tav1）+u2（tav2）+u2（tav3）=0.25]℃，有效自由度：[veff]=59;

充氣燈（1400～2000）℃：

[u（tav）=u2（tav1）+u2（tav2）+u2（tav3）=0.25]℃，有效自由度：[veff]=59。

4.3 輸入量[tcer]引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tcer）]評定

對輸入量[tcer]的不確定度有影響的因素包括高溫計分度的不確定度和高溫計分度周期內(nèi)的不穩(wěn)定性。

（1）高溫計分度結(jié)果引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tcer1）]

根據(jù)檢定規(guī)程的要求計算在（800～2000）℃，高溫計檢定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為[u（tcer1）]=（0.350～0.850）℃，自由度為γ=（17～53）。

（2）高溫計分度周期內(nèi)的不穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（tcer2）]

在（800～1400）℃時，分度周期內(nèi)高溫計的穩(wěn)定度為0.5℃，按均勻分布考慮，則：

[u（tcer2）=0.53][=0.29]℃

在（1400～2000）℃時，分度周期內(nèi)高溫計的穩(wěn)定度為1.0℃，按均勻分布考慮，則：

[u（tcer2）=1.03]=0.58℃

不確定度可靠性為75%，自由度為γ=8。

則[u（tcer）]=（0.46～1.03）℃，有效自由度[veff]=（19～55）。

4.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

在（800～2000）℃，鎢帶燈電流隨溫度的變化率[dIdt]=（0.005～0.01）A/℃下，

[ctav=?In?tav=-dIdt]=（-0.01～-0.005）A/℃

[ctav=?In?tav=dIdt]=（0.005～0.01）A/℃

在（800～2000）℃范圍內(nèi)，則：

[uc][=u2Iav+u2tv+u2tcer]

[=c2Iav?u2（Iav）+c2tav?u2（tav）+c2tref?u2（tcer）]

=（0.0033～0.0107）A

換算成溫度值為（0.54～1.07）℃，有效自由度[veff]=（25～93）。

取置信概率P=99%，查t分布表，得：

在（800～2000）℃范圍內(nèi)，[U99]=（1.45～2.88）℃，[k99]=（2.63～2.79）。

作者簡介

關(guān)越，本科，1997年應(yīng)征入伍，1999年9月進(jìn)入中國人民解放軍理工大學(xué)指揮自動化學(xué)院學(xué)習(xí)深造，目前在遼寧省計量科學(xué)研究院業(yè)務(wù)部工作。

（責(zé)任編輯：張曉明）