淺談壓力式溫度計示值誤差測量結果的不確定度評定

謝鵬賡

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

目前我國對壓力式的溫度計進行測量時，其測量的依據為：《JJG310-2002壓力式溫度計檢定規程》及《JJF1059-1999測量不確定度評定與表示》。首先，在測量過程中，測量人員要想保證結果的的可靠性，其測量期間所處的溫度環境應該在15℃～35℃，測量空間的相對濕度不大于85%RH。其次，溫度計上示值誤差的測量應該基于二等標準水銀溫度計的示值為評定標準。最后，為了能夠盡可能提高測量結果的準確，更好地評估結果的不確定性，測量人員還應當要最大限度的選擇適合的測量方法，即測量人員將二等標準水銀溫度計(0～100℃)與被檢壓力式溫度計(0～100℃、準確度為1.0級、分度值為 1℃)一同置于FLUKE恒溫油槽中，采用比對法進行檢定。

1 數學模型

壓力式溫度計示值誤差數學模型為：

y=x-(t+d)

式中：y為被檢溫度計的示值誤差；x為被檢溫度計在測量時的示值；t為二等標準水銀溫度計的示值；d為二等標準水銀溫度計的修正值。

2 靈敏系數

3 標準不確定度的評定

3.1 輸入量x的標準不確定度u(x)

1)被檢壓力式溫度計的示值重復性引入的標準不確定度u(x1)：(采用A類標準不確定度進行評定)。

取0℃～100℃、精確度為1.0、最小分度值為1.0℃的兩支壓力式溫度計，分別在40℃、50℃、60℃、80℃和100℃五個點進行10次重復性測量(均為正行程)，得到10組數據，見表1，利用“貝塞爾”公式計算10組實驗標準差s(xi)。

表1 10組測量數據表 ℃

所以：

u(x1)=0.043℃

自由度v(x1)=(n-1)m=90

2)被檢壓力式溫度計的示值估讀引入的標準不確定度u(x2)：見表2(采用B類標準不確定度評定)。

表2 被檢壓力式溫度計示值表

由于u(x1)、u(x2)不相關，所以：

自由度v(x)=140

3.2 輸入量t的標準不確定度u(t)

1)二等標準水銀溫度計讀數分辨率引入的標準不確定度u(t1)：(采用B類標準不確定度評定)。

誤差區間半寬a包含因子k標準不確定度u(t1)自由度v(t1)0.005℃3a/k=0.005/3=0.003℃(20%)-2/2=12

2)恒溫油槽溫場不均勻引入的標準不確定度u(t2)：(采用B類標準不確定度評定)。

誤差區間半寬a包含因子k標準不確定度u(t2)自由度v(t2)0.02℃3a/k=0.02/3=0.012℃(20%)-2/2=12

3)恒溫油槽溫度波動引入的標準不確定度u(t3)：(采用B類標準不確定度評定)。

誤差區間半寬a包含因子k標準不確定度u(t3)自由度v(t3)0.02℃3a/k=0.02/3=0.012℃(20%)-2/2=12

由于u(t1)、u(t2)、u(t3)不相關，所以：

自由度v(t)=24

3.3 輸入量d的標準不確定度u(d)

1)二等標準水銀溫度計修正值引入的標準不確定度u(d1)：(采用B類標準不確定度評定)。

誤差區間半寬a包含因子k標準不確定度u(d1)自由度v(d1)0.06℃kp=2.58a/k=0.06/2.58=0.02℃∞

2)二等標準水銀溫度計在使用中不作零位修正引入的標準不確定度u(d2)：(采用B類標準不確定度評定)。

誤差區間半寬a包含因子k標準不確定度u(d2)自由度v(d2)0.06℃3a/k=0.06/3=0.035℃(20%)-2/2=12

輸入量d標準不確定度為：

自由度v(d)=20

4 合成標準不確定度

表3中：i為不確定度來源序號；xi為第i個變量；ai為xi的區間半寬；ki為包含因子；u(xi)=α/k為B類標準不確定度；ci為靈敏系數；ui(y)=∣ci∣u(xi)為標準不確定度分量；vi為自由度。

以上所分析的各輸入量的標準不確定度分量是互不相關，其合成標準不確定度為：

擴展標準不確定度為：

U=kuc(y)=2×0.07=0.14℃(k=2)

表3 合成標準不確定度表

5 測量結果的不確定度報告

檢定環境溫度：15℃-35℃；濕度：不大于85%RH；其示值誤差測量結果的擴展不確定度：U=0.14℃，k=2。

6 結 語

綜上所訴，被檢壓力式溫度計示值誤差測量結果的不確定度影響主要表現為被檢溫度計的示值重復性、恒溫槽溫度不均勻性和恒溫槽溫場波動。為了保證不確定度評定的可靠性，由此得到的擴展不確定度應滿足：En=0.14℃/10℃≤1/3。

因此，采用上述方法用于檢定壓力式溫度計示值誤差是完全能滿足相關的技術要求，其檢定方法是可行的。為了保證壓力式溫度計測量結果不確定度評定具有較高的可靠性，在評估測量本身的不確定性時，試驗人員需要對影響評定可靠性的各種因素進行全面的分析，找出溫度計示值的誤差，從而確保溫度計能夠更好地被投入使用。