環境試驗設備校準值的不確定度評定

徐富群

摘 要：隨著環境試驗設備越來越被廣大科研機構和生產企業廣泛運用于產品研發、原材料檢測和成品質量的監控等，對此類設備開展校準工作顯得非常有必要。該文分別就環境試驗設備的溫度值和相對濕度值在校準過程中產生的不確定度做了一個評定，以確保對環境試驗設備開展校準工作的科學有效性。

關鍵詞：環境實驗設備 溫度偏差 濕度偏差 不確定度

中圖分類號：TB9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0090-03

1 溫度偏差測量結果的不確定度評定

1.1 概述

（1）校準依據：JJF 1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》。

（2）校準用標準器：一臺DTZ-300型溫濕度場自動測試系統。溫度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；濕度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）環境條件：在溫度21 ℃，濕度60%RH的實驗室內進行。

（4）被檢器具：該次校準分析用一臺溫度指示分辨率是0.1 ℃，濕度指示分辨率是1%RH的環境試驗箱為例，校準點溫度為20.0 ℃，濕度80%RH。

（5）校準方法：用DTZ-300型溫濕度場自動測試系統測量該環境試驗箱的溫度偏差。溫度偏差是指被檢設備溫度顯示儀表值與環境試驗箱腔體幾何中心點實際測量的溫度之差。

1.2 數學模型

ΔT=-（+t修） （1）

式中：ΔT為溫度偏差，℃；為設備顯示溫度平均值，℃；為中心點15次測量值的平均值，℃；t修為測量儀器指示值的修正值，℃。

1.3 靈敏系數和方差

1.3.1 靈敏系數

對（1）式各分量求偏導，得分量的靈敏系數c1=1；分量的靈敏系數c2=-1；t修分量的靈敏系數c3=-1。

1.3.2 方差

由、引入的標準不確定度分量分別為u1、u2，它們彼此獨立，因此方差可表示為：

+（c3 u3）2

1.4 測量不確定度分量評定

1.4.1 輸入量的標準不確定度u1的評定

輸入量的不確定度來源主要有測量重復性作為的不確定度u1。

測量重復性導致的標準不確定度u11采用A類方法進行評定。設備設定溫度為20.0 ℃。

在設備溫度穩定后，按上述方法讀取設備顯示溫度值，共15次，得到測量列20.1、20.0、19.9、20.0、20.0、19.9、19.9、19.9、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0 ℃，則單次實驗標準偏差為：

si=0.08 ℃

因此u1=0.08 ℃。

1.4.2 輸入量的標準不確定度u2的評定

輸入量的不確定度來源主要有測量重復性作為的不確定度u2。

測量重復性導致的標準不確定度u2采用A類方法進行評定。

在設備溫度穩定后，按上述方法讀取測量儀表的顯示溫度值，共15次，得到修正后的測量列20.36、20.32、20.26、20.31、20.33、20.27、20.25、20.30、20.33、20.37、20.34、20.38、20.34、20.36、20.30 ℃，則單次實驗標準偏差為：

si=0.04 ℃

即u2=0.04 ℃。

1.4.3 輸入量t修的標準不確定度u3的評定

采用B類方法進行評定。

查校準證書，測量儀表指示值20 ℃時修正值的擴展不確定度為U=0.10℃，包含因子k=2。則u3=0.10/2=0.05 ℃。

1.5 合成標準不確定度的評定

（1）輸入量的標準不確定度匯總如表1所示。

（2）合成標準不確定度的計算。

輸入量、、t修彼此相互獨立，因此合成不確定度為

=0.11 ℃

同樣，經過實驗，得到各校準點的合成標準不確定度為：溫度-30 ℃時u=0.53 ℃，溫度100 ℃時u=0.31 ℃。

1.6 擴展不確定度的評定

取k=2，則其擴展不確定度為溫度-30 ℃時U=0.53×2=1.06 ℃；溫度20 ℃時U=0.11×2=0.22 ℃；溫度100℃時U=0.31×2=0.62 ℃。

1.7 測量不確定度的報告

設備溫度偏差測量結果的擴展不確定度為：溫度-30 ℃時U=1.1 ℃，k=2；溫度20 ℃時U=0.3 ℃，k=2；溫度100 ℃時U=0.7 ℃，k=2。

2 濕度偏差測量結果的不確定度評定

2.1 概述

（1）校準依據：JJF 1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》。

（2）校準用標準器：一臺DTZ-300型溫濕度場自動測試系統。溫度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；濕度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）環境條件：在溫度21 ℃，濕度60%RH的實驗室內進行。

（4）被檢器具：該次校準分析用一臺溫度指示分辨率是0.1 ℃，濕度指示分辨率是1%RH的環境試驗箱為例，校準點溫度為20.0 ℃，濕度80%RH。

（5）校準方法：用DTZ-300型溫濕度場自動測試系統測量該環境試驗箱的溫度偏差。濕度偏差是指被檢設備濕度顯示儀表值與環境試驗箱腔體幾何中心點實際測量的濕度之差。

2.2 數學模型

ΔH=-（+） （2）

式中：ΔH為相對濕度偏差，%RH；為設備顯示濕度值，%RH；為中心點15次濕度測量值的平均值，%RH；為濕度修正值。

2.3 靈敏系數和方差

2.3.1 靈敏系數

對（2）式各分量求偏導，得分量的靈敏系數c1=1；分量的靈敏系數c2=-1；分量的靈敏系數c3=-1。

2.3.2 方差

由、引入的標準不確定度分量分別為u1、u2，它們彼此獨立，因此方差可表示為：

+（c3 u3）2

2.4 輸入量的標準不確定度評定

2.4.1 輸入量的標準不確定度u1的評定

輸入量的不確定度來源主要有測量重復性作為的不確定度u1。

測量重復性導致的標準不確定度u1采用A類方法進行評定。

在設備濕度穩定后，按上述方法讀取設備顯示濕度值，共15次，得到測量列（單位：%RH）：78、78、79、79、79、79、79、79、79、78、78、78、78、79、79，則單次實驗標準偏差為：

si=0.51%RH

2.4.2 輸入量的標準不確定度u2的評定

輸入量的不確定度來源主要為測量重復性作為的不確定度u2。

測量重復性導致的標準不確定度u2采用A類方法進行評定。

在設備濕度穩定后，按上述方法讀取測量儀表的顯示濕度值，共15次，修正后得到測量列（單位：%RH）：78.9、78.9、79.0、79.1、79.2、79.2、79.1、79.2、79.0、78.9、78.7、78.9、78.9、79.0、79.1，則單次實驗標準偏差為：

si=0.14%RH

因此u21=0.14%RH。

2.4.3 輸入量H修的標準不確定度u3的評定

采用B類方法進行評定。

查校準證書，測量儀表指示值80.0%RH時修正值的擴展不確定度為U=1.0%RH，k=2，u3=1.0/2=0.50%RH。

2.5 合成標準不確定度的評定

（1）輸入量的標準不確定度匯總如表2所示。

（2）合成標準不確定度的計算。

輸入量、彼此相互獨立，因此合成不確定度為

RH

同樣，經過實驗，得到各校準點的合成標準不確定度為：相對濕度40%時u=0.68%RH，相對濕度90%時u =1.55%RH。

2.6 擴展不確定度的評定

取k=2，則擴展不確定度為相對濕度40%時U=0.68×2= 1.36%RH；相對濕度80%時U=0.73×2=1.46%RH；相對濕度90%時U=1.55×2=3.10%RH。

2.7 測量不確定度的報告

設備濕度偏差測量結果的擴展不確定度為：相對濕度40%時U=1.4%RH，k=2；相對濕度80%時U=1.5%RH，k=2；相對濕度90%時U=3.1%RH，k=2。

參考文獻

[1] 田唯學，文麗松，龐景宇.環境試驗設備溫度偏差校準結果測量不確定度評定[J].工業計量，2013（S1）：138-139，142.

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[3] 莫永麗.環境試驗設備溫度偏差校準結果不確定度評定[J].科技風，2014（7）：277.