環境試驗設備溫度偏差校準結果不確定度分析

王劍鋒++田馳++李乃潔

摘 要：環境試驗設備是質檢機構常用的樣品檢驗前期處理設備，其安全穩定運行和準確的示值，是產品下一步性能試驗出具可靠數據的保障和前提。為保證恒溫箱等環境試驗設備處于良好的狀態，示值準確無誤，需對此類設備進行溫濕度校準。根據校準數據得出設備的總不確定度、重復性，判斷其是否符合JJF1101-2003技術規范的要求，是否可以開展恒溫、恒濕箱的檢定工作。為此，該文以恒溫箱為研究對象，建立了環境試驗設備溫濕度校準裝置，將巡檢儀傳感器放入被檢箱體內，分為上、中、下3層區域進行多點位測量，并對溫度偏差校準結果進行不確定度分析，給產品檢驗提供技術保證，為相關設備的校準提供參考依據。

關鍵詞：恒溫箱 環境試驗 檢定校準 多點位測量 溫度偏差 不確定度

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0133-02

1 定義

測量不確定度定義為“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數”。測量不確定度用于定量表示測量結果的可靠程度，它是“說明了置信水準的區間的半寬度”。從詞義上理解，意味著對測量結果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結果的質量的一個參數。實際上由于測量不完善和人們的認識不足，所得的被測量值具有分散性，即每次測得的結果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個區域內的許多個值[1]。雖然客觀存在的系統誤差是一個不變值，但由于人們不能完全認知或掌握，只能認為它是以某種概率分布存在于某個區域內，而這種概率分布本身也具有分散性。測量不確定度就是說明被測量之值分散性的參數，它不說明測量結果是否接近真值。不確定度的來源通常有：測量人員引入的不確定度、測量設備引入的不確定度、測量方法引入的不確定度、被測對象引入的不確定度以及測量環境引入的不確定度。

2 目的

由于測量設備是測量不確定度來源之一，為得到可信的檢驗結果，就需要對設備本身的準確性進行了解和明確。以恒溫箱為例，主要是用于樣品試驗前的處理的環境試驗設備，被許多檢驗機構大量使用。此類設備的準確示值和穩定運行，是樣品進行下一步試驗的基礎和保障。為保證設備處于良好的狀態，示值準確無誤，該文建立環境試驗設備溫濕度校準裝置，對恒溫箱進行校準，給產品檢驗提供技術保證，為相關設備的校準提供參考依據。

3 計量標準的工作原理及校準方法

該文采用比較法，使用環境試驗設備溫濕度巡檢儀（溫度：±0.2 ℃；濕度：±1.5%RH），將巡檢儀傳感器放入被檢箱體內進行多點位測量。先后共選取箱內中心以及4個角的數值。測試點分布在工作室內的上、中、下3層，中層為工作室幾何中心平行于底面的工作面，測試點與內壁的距離不小于各邊長的1/10，可加大但不能大于500 mm。測量方法如下：首先，設定試驗相應的溫度、相對濕度，待溫、濕度恒定后，讀取巡檢儀及被檢箱溫濕度儀表的顯示值，做好記錄。其次，用修正后的巡檢儀的示值減去被檢箱儀表顯示值，即得到被檢箱內溫、濕度值修正值。若被測的恒溫箱內有樣品架，則下層測試點可位于樣品架上方10 mm處。以中心點測量箱體溫度波動度，以溫度測量最大值與最小值差算出溫場均勻性。

4 計量標準的主要技術指標

環境試驗設備溫濕度巡檢儀測量參數如下：溫度測量范圍：-60 ℃～1 000 ℃；分辨力：0.01 ℃；允差：±0.2 ℃。濕度測量范圍：（10.0～99.0）%RH；分辨率：0.01%RH；允差：±1.5%RH。

5 環境條件

為保證試驗結果準確，檢查試驗條件：室溫，濕度≤85%，無振動影響，有排水，均符合要求。

6 不確定度分析

溫度測量設備有溫度傳感器和數字溫度顯示儀組成，該套設備具有溫度修正值。溫度偏差是指設備溫度顯示儀表示值與中心點實際溫度之差[1]。

6.1 數學模型

（1）

式中：為溫度偏差，℃；

為被檢設備溫度顯示儀表顯示溫度，℃；

為數字溫度顯示儀讀數，℃；

為溫度測量裝置的修正值（指整體檢定），℃。

6.2 方差與靈敏系數

式（1）中，，互為獨立，因而得：

，，

故

6.3 不確定度來源及分析

（1）由引入的不確定度。對環境試驗設備做15次獨立重復測量。從設備顯示儀上讀取15次顯示值，記為，，…，，平均值記為，其測量值分別為：100.1、100.0、99.9、99.9、100.0、100.1、100.1、100.0、99.9、100.0、100.0、99.9、100.0、99.9、99.8。

根據公式 （2）

計算得算術平均值的實驗標準差=0.02 ℃。則由15次獨立重復測量引入的標準不確定度分量 ℃，自由度v。

（2）由引入的不確定度。對環境試驗設備作15次獨立重復測量，從數字溫度顯示儀上讀取15次顯示值，記為，，…，，平均值記為，其測量值分別為：100.16、100.04、100.06、100.05、99.93、100.08、100.24、100.20、100.15、100.13、100.31、100.25、100.18、100.24、100.13.

根據公式（2），計算得算術平均值的實驗標準差=0.098 21 ℃。則由15次獨立重復測量引入的標準不確定度分量 ℃，自由度。

（3）由引入的不確定度。從檢定證書知：溫度測量裝置修正值的擴展不確定度=0.1 ℃，以正態分布估計，=1.960，=0.1 ℃/1.960=0.051 ℃，。

6.4 不確定度分量

來源1：被測設備儀表讀數重復性=0.02 ℃，自由度14。

來源2：溫度測量裝置讀數重復性=0.098 21 ℃，自由度14。

來源3：溫度測量裝置誤差=0.051 ℃，自由度。

（1）合成標準不確定度：

℃

（2）有效自由度：

根據公式eff

計算得eff=1792，取自由度為。

（3）擴展不確定度：

c=0.22℃，k=2。

7 結語

通過對恒溫箱進行校準，并對校準結果進行不確定度分析，得到結論：該裝置的總不確定度、重復性，符合JJF1101-2003技術規范的要求，可以開展恒溫、恒濕箱的檢定工作。這對于產品后續試驗示值準確，檢驗結果客觀、可靠提供了技術參數和保證。

參考文獻

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