機械式溫濕度表不確定度評定

宋 媛，吳麗娜，第五朋朋

(甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心，蘭州 730020)

0 引言

在氣象要素的測量中，由于受各種因素和環(huán)境的影響，誤差的產(chǎn)生不可避免[1]。不確定度[2]的評定作為計量工作中的重要內(nèi)容，對實現(xiàn)科學的量值表示和準確規(guī)范計量工作方面有著重要意義[3，4]。

隨著機械式溫濕度表的廣泛使用，為確保測量數(shù)據(jù)的準確可靠，定期對機械式溫濕度表進行檢定和校準顯得非常重要。文章根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的要求，以WS-1型機械式溫濕度表作為檢定對象，通過實例給出該溫濕度表在室溫下的測量不確定度分析和計算過程，可為相關(guān)溫濕度表(計)檢定可信度的評估提供參考。

1 不確定度評定方法

1.1 不確定度評定方法概述

測量不確定度的評定以JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》為依據(jù)，并參考JJG 205-2005《機械式溫濕度計》檢定規(guī)程。由精密露點儀、LF-300X溫濕度檢定箱和自校式鉑電阻數(shù)字測溫儀等共同組成精密露點儀標準裝置。通過精密露點儀標準裝置確定被檢儀器的誤差。

1.2 不確定度評定

1.2.1 不確定度的A類評定

(1)

s為單次測量的實驗標準差：

(2)

(3)

因此，A類標準不確定度為：

(4)

當有多個檢定點時，每個檢定點均進行n次檢定，此時，A類標準不確定度為：

(5)

此時的自由度v為m(n-1)。

1.2.2 不確定度的B類評定

不確定度的B類評定，一般是根據(jù)過去的測量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)廠家的技術(shù)說明書、校準證書、檢定證書、假設的概率分布及其數(shù)字特征、測量儀器的特性和其他相關(guān)資料等逐項進行分析計算。

在對機械式溫濕度表進行不確定度的B類評定時，首先要分析出機械式溫濕度表測量不確定度的因素，然后確定每個因素不確定度分量值，要確定各不確定度分量彼此獨立，最后才能進行B類標準不確定度的合成。

在進行不確定度的B類評定時，自由度vi可按公式(7)近似計算。

(7)

1.3 合成標準不確定度評定

(8)

式中，ui為A類標準不確定度，或者B類標準不確定度，或同時表示為A類和B類。

在對機械式溫濕度表值進行合成標準不確定度評定時，式(8)可以簡化為：

(9)

1.4 擴展不確定度評定

根據(jù)濕度測量過程中各個因素不確定度分量的有效自由度，計算出合成標準不確定度，最后計算出擴展不確定度：

U=k×uc

(10)

2 評定實例

2.1 A類不確定度分量的分析計算

文章選用WS-1機械式溫濕度表作為被檢溫濕度表，將其接入精密露點儀標準裝置內(nèi)。按照JJG 205-2005《機械式溫濕度計》檢定規(guī)程對其進行40%RH、60%RH和80%RH的多點檢定，待精密露點儀穩(wěn)定后讀取被檢濕度傳感器的示值。在重復性條件下，每個檢定點連續(xù)讀取10組數(shù)據(jù)，然后由式(2)、(3)和(4)計算出各檢定點單次實驗標準差(表1)。

表1 單次實驗標準差 %RH

合并樣本標準差為：

在實際檢定中，對被檢表進行2次讀數(shù)，將兩次檢定誤差算術(shù)平均值作為檢定結(jié)果，則該結(jié)果的不確定度為：

2.2 B類不確定度分量的分析計算

2.2.1 精密露點儀傳遞誤差引入的標準不確定度u(HB1)

S-1M/S-1S精密露點儀的最大允許誤差限，采用生產(chǎn)單位給出的露點系統(tǒng)精度為±0.2 ℃，利用露點儀進行濕度檢定時一般將箱內(nèi)溫度控制在20 ℃，故可根據(jù)公式(1)、(2)算出箱內(nèi)溫度(t)和露點(td)的絕對溫度T和Td，再根據(jù)公式(3)、(4)分別計算出實際水汽壓e和飽和水汽壓es，然后將e和es代入式(5)得濕度最大允許誤差為±1.1%RH。

Td=273.16+td

(11)

T=273.16+t

(12)

(13)

(14)

(15)

式(13)、(14)中的a=17.2693882，b=35.86。

取正態(tài)分布，包含因子k=2，則由其引起的標準不確定度為：

2.2.2 溫濕度檢定箱濕度波動引入的標準不確定度u(HB2)

2.2.3 溫濕度檢定箱濕度場不均勻引入的標準不確定度u(HB3)

(說明：在測定A類不確定度時，精密露點儀的傳感器是固定在一個位置上進行連續(xù)測量的，已包含溫濕度檢定箱濕度場的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的不確定度分量，故在評定檢定裝置的B類不確定度分量時不再考慮。)

因此，由公式(6)可得，B類標準不確定度為：

2.3 合成標準不確定度計算

上述分析的各項標準不確定度分量均為不相關(guān)量，因此由式(9)求得合成標準不確定度為：

2.4 擴展不確定度計算

取k=2，由式(10)求得擴展不確定度為

U=k×uc=2×0.88=1.8%RH

3 結(jié)束語

通過以上分析可知，機械式溫濕度表(計)濕度測量結(jié)果的不確定度U=1.8%RH，包含因子k=2。以上只對個例進行了分析，但文章給出的評定方法，可為機械式溫濕度表濕度檢定結(jié)果的不確定度評定提供參考。