校準恒溫箱溫度偏差和測量結果的不確定度分析

張新影

河北省計量監督檢測研究院廊坊分院 河北 廊坊 065000

1.恒溫箱溫度校準方法

在對恒溫箱進行校準的過程中，存在連個關鍵點，其一是對校準溫度進行有效確定，其二是確認校準點位置的布置。在校準時，首先結合實際情況對工作室內上、中、下三個水平層進行確定，然后在這三個水平層之上進一步明確校準點，這一過程中需要對校準點與設備內壁之間的距離進行有效的控制，一般控制在各自邊長的十分之一左右即可。校準溫度的選擇以及校準位置的分布應當參照JJF1101—2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》。

以電熱恒溫鼓風干燥箱為例，此溫控器中配置了Pt100熱電阻的0.5級數字溫度表，這一恒溫箱的工作室內的容積規格為350mm×450mm×550mm；恒溫箱的標準器采用了A級Pt100熱電阻，溫度巡檢儀，其檢測誤差可以被控制在0.2℃之內。在對恒溫箱進行校準時，環境溫度為22℃，環境濕度為65%，電源電壓為220V。共設置8個測點，控制測點距離上邊或者下邊箱壁在4.5cm，距離左邊或者右邊箱的壁邊大約3.5cm。

在校準時，首先將傳感器布置在所選的校準位置之上，其次調節恒溫箱的溫控器，調整為100℃，使恒溫箱溫度上升，當恒溫箱的溫度達到且穩定在100℃之后，對各個測點的溫度進行測量，每個測點循環測量10次，將溫度值準確記錄，最后在此基礎之上對設備在標稱溫度點100℃時的上下偏差值進行檢測。不用校準點10次校準的具體記錄數值如下：

校準位置1: 100.9；100.5；100.1；101.0；100.8；100.6；101.1；101.3；101.0；100.2

校準位置2: 100.7；100.5；100.9；100.2；99.9；100.0；99.8；99.2；101.1；100.3

校準位置3: 100.1；99.8；99.9；100.2；100.1；100.4；99.4；99.6；99.8；99.6

校準位置4: 99.9；99.7；99.4；99.0；99.4；99.1；99.2；99.4；100.0；99.8

校準位置5: 100.3；99.8；100.5；100.8；100.0；100.2；100.7；99.6；99.4；100.3

校準位置6: 100.6；99.9；99.6；100.3；100.1；100.9；100.2；100.7；99.6；99.4；100.3

校準位置7: 100.9；100.1；100.6；100.3；101.4；100.8；100.7；101.0；100.6；100.4

校準位置8: 100.2；100.6；100.9；100.0；99.7；99.4；100.2；100.9；100.5；100.2

校準位置0: 100.1；99.8；99.9；100.4；100.0；100.2；100.7；99.9；99.6；99.6

在獲得相關數據之后，需要運用測量系統的修正值對各項數據進行修正，并找出各個測點中實測溫度，經確定實測溫度為圖1中位置7的第五次測量值，而位置7的測量系統修正值為+0.1℃，由此可以得出溫度上偏差為：

經確定，各個測點實測最低溫度是位置4的第四次測量值，其測量系統的修正值為-0.1℃，則溫度下偏差為：

2.測量結果不確定度分析

2.1 數學模型

以恒溫箱溫度上偏差計算為例，數學模型如下：

2.2 分量標準不確定度分析

①測量重復性引入的標準不確定：當恒溫箱溫度達到標稱溫度后，再使溫度穩定30min左右，對10組數據進行重復測量，并找出每一組的修正后實測最高溫度，然后可以依據如下的公式對單次測量的標準偏差進行計算：

然后在此基礎由測量重復性引入標準不確定度為：

u(Tmax)=s=0.12℃

②測溫系統誤差不確定度引入的測量不確定度：對于測溫系統修正值，證書所給出的不確定度為0.06℃，估計正態分布，因此測溫系統修正值引入的不確定度為

u(Tmax)=s=0.06/2=0.03℃

則引入的不確定度分量為0.12℃。

2.2.2 引入的不確定度分量

①由Pt100引入的不確定度分量：對于A級Pt100而言，其最大允許誤差在0.35℃，若均勻分布，則u=0.20℃；

②由數字溫控表引入的不確定度分量：一般情況下0.5級數字溫控表100℃時最大允許誤差為0.5℃，若均勻分布，則可計算出u=0.29℃

2.2.3 合成標準不確定度

合成標準不確定度計算公式如下：

2.2.4 擴展不確定度

包含因子k=2，則U=2×0.37=0.74℃

2.2.5 不確定度報告

采用上述的標準測溫系統對恒溫箱的溫度示值上偏差進行測量，經測量偏差值的擴展不確定度為0.74℃。

3.結束語

本文主要針對校準恒溫箱溫度偏差和測量結果的不確定度進行研究與分析。首先以電熱恒溫鼓風干燥箱為例對恒溫箱溫度校準方法進行了一定程度的闡述與介紹，然后在此基礎之上從測量重復性引入的標準不確定、測溫系統誤差不確定度引入的測量不確定度、Pt100引入的不確定度分量、數字溫控表引入的不確定度分量、合成標準不確定度、擴展不確定度以及不確定度報告等方面重點分析了測量結果不確定度。