環境試驗設備溫度、濕度校準結果不確定度評定分析

陳桂逸 侯敏龍

【摘要】目的：對環境試驗設備溫度、濕度校準結果進行不確定度評定。方法：依據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》及JJF 1101—2019《環境試驗設備溫度、濕度參數校準規范》，建立被測計量器具溫度、濕度不確定度評定的數學模型，對校準過程中各分量因素進行不確定度分析。結果：當溫度設定-60℃、0℃、20℃、36℃、100℃時，其測量結果的擴展不確定度為U=0.2℃；當溫度設定300℃時，其測量結果的擴展不確定度為U=0.2℃；當濕度設定60.0%RH和95%RH時，其測量結果的擴展不確定度為U=1.6%RH。結論：通過以上的校準實驗數據和不確定度來源分析發現，溫度測量重復性引入的不確定度及標準器相對濕度修正值引入的不確定度影響最大，影響最小的是標準器的分辨力，在校準過程中應在設備運行穩定后進行測量，同時應嚴格對標準器進行溯源。

【關鍵詞】環境試驗設備；溫度；相對濕度；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.014

Evaluation and Analysis of Uncertainty for Temperature and Humidity Calibration Results of Environmental Test Equipment

CHEN Guiyi，HOU Minlong

（Hezhou Inspection and Testing Cente，Hezhou 542800，China）

Abstract：Objective：To evaluate the uncertainty of temperature and humidity calibration results of environmental test equipment. Methods：According to JJF 1059.1—2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement and JJF 1101—2019 Calibration Specification for Environmental Testing Equipment for Temperature and Humidity Parameters，a measurement model was established to evaluate the uncertainty of temperature and humidity of environmental test equipment，and the uncertainty of each component factor in the calibration process was analyzed and evaluated. Results：When the temperature is set at -60℃，0℃，20℃，36℃and 100℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；when the temperature is set at 300℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；When the humidity is set at 60.0%RH and 95%RH，the expanded uncertainty of the measurement results is U=1.6%RH. Conclusion：Through the above calibration experimental data and uncertainty factor analysis，the repeatability of temperature measurement and the uncertainty introduced by the correction value of the relative humidity of the standard are the largest，and the resolution of the standard gauge is the least affected. During the calibration process，the measurement should be carried out after the equipment is stable，and the standard should be strictly traceable.

Key words：environmental test equipment；temperature；relative humidity；uncertainty

1引言

環境試驗設備是模擬自然氣候環境所有試驗箱的總稱。它是通過模擬一種或一種以上環境條件對產品進行環境試驗，主要代表產品有干燥箱、培養箱、高低溫試驗箱、恒溫恒濕試驗箱、紫外老化試驗箱、氙燈老化試驗箱、臭氧老化試驗箱、霉菌培養箱等。

2019年9月27日國家市場監督管理總局發布了JJF 1101—2019《環境試驗設備溫度、濕度參數校準規范》，并于2020年3月27日實施。相較于JJF 1101—2003，新版規范在術語中增加了環境試驗設備、工作空間、穩定狀態、溫度波動度、濕度波動度、溫度均勻度、濕度均勻度等，修改了溫度、濕度偏差和溫度、濕度波動度的計算方法，與GB/T 5170.1—2016的相關內容保持一致。本文依據JJF 1059.1—2012和JJF 1101—2019對醫用低溫保存箱、濕熱試驗箱、電熱鼓風干燥箱進行校準測量，建立不確定度測量模型，分析不確定度產生的因素，為實驗室的檢測提供誤差依據。

2設備、環境條件及校準方法

2.1用于校準測量的主標準器和配套設施

多通道數據采集儀，配A級鉑電阻、I級K型熱電偶及濕度傳感器，型號：PR205DS。測量范圍：溫度為（- 60～ 1000）℃、濕度為（0～100）%RH，溫度指示分辨率為0.001℃，相對濕度指示分辨率為0.1%。測量時帶修正值使用，溫度不確定度U=0.07℃，k=2，相對濕度不確定度U=1.5%，k=2。

2.2被測對象

醫用低溫保存箱，溫度設定分辨率：1℃，校準點：-60℃、0℃。濕熱試驗箱，溫度設定分辨率：0.1℃，相對濕度設定分辨率：1%，校準點：溫度20℃，相對濕度95%；溫度36℃，相對濕度60%。電熱鼓風干燥箱，溫度設定分辨率：1℃，校準點：100℃、200℃、300℃。

2.3校準環境條件

溫度：15～35℃。濕度：不大于85%RH。氣壓：80～106 kPa。被測對象周圍應無強烈振動及腐蝕性氣體，不得有其他冷熱源的干擾。所處的環境條件應滿足開展主標準器校準工作的要求。

2.4校準方法

依據JJF 1101—2019對溫度偏差、濕度偏差兩個參數的校準要求，將主標準器溫濕度場巡檢儀的溫度、濕度傳感器按規范圖1要求布置測試點。將被測對象（醫用低溫保存箱、濕熱試驗箱、電熱鼓風干燥箱）設定到相應的校準點，然后開啟運行。被測對象運行穩定后在30 min內每2 min記錄一次醫用低溫保存箱、濕熱試驗箱、電熱鼓風干燥箱設備上顯示的溫度、濕度值及各布點溫度、濕度值，共得到16組數據。

依據校準規范計算各測量溫度、濕度點的偏差值。1）溫度上偏差：測得的16組數據中最高溫度與被測對象所設定溫度之差；2）溫度下偏差：測得的16組數據中最低溫度與被測對象所設定溫度之差；3）濕度上偏差：測得的16組數據中最高濕度與被測對象所設定濕度之差；4）濕度下偏差：測得的16組數據中最低濕度與被測對象所設定濕度之差。

3測量模型的建立

3.1溫度偏差測量模型

4測量結果與不確定度評定

4.1測量不確定度來源分析

依據校準方法及建立的測量模型，測量不確定度的來源包括：1）被測對象測量重復性引入的不確定度分量；2）溫濕度場巡檢儀分辨力引入的不確定度分量；3）溫濕度場巡檢儀修正值引入的不確定度分量；4）溫濕度場巡檢儀的穩定性引入的不確定度分量。由于上偏差與下偏差不確定度來源和數值相同，在此僅以溫度上偏差和濕度上偏差為例進行不確定度評定。

4.2標準不確定度分量的評定

4.2.1測量重復性的不確定度

4.2.1.1溫度測量重復性的不確定度u1

單次測量值的實驗標準偏差S根據貝塞爾公式計算，得出被測對象各相對濕度測量點的標準偏差及相對濕度測量重復性引入的標準不確定度，其結果如表4所示。

4.2.2溫濕度場巡檢儀分辨力的不確定度

4.2.2.1溫濕度場巡檢儀溫度分辨力的不確定度u2

溫濕度場巡檢儀溫度顯示分辨力為0.001℃，因此區間半寬0.0005℃，屬均勻分布，則溫度顯示分辨力引入的不確定度分量為：

4.3標準不確定度分量匯總

根據以上測量計算結果，被測對象各測量點溫度及相對濕度的測量標準不確定度分量匯總見表5和表6。

4.4合成標準不確定度計算

4.4.1溫度上偏差測量結果合成標準不確定度uc

5測量不確定度

環境試驗設備溫度、濕度偏差校準不確定度見表7和表8。

6結果與討論

通過對環境試驗設備溫度、濕度參數校準的不確定度進行原因分析，不確定度主要來源于測量重復性、標準器分辨力、標準器修正值、標準器穩定性等。在實驗過程中對不確定度影響最大的是溫度測量的重復性和標準器相對濕度的修正值，而影響較小的是標準器的分辨力。根據測量實驗結果數據的分析，在校準過程中應讓設備運行穩定后再進行測量，以減少測量重復性帶來的誤差影響，同時應嚴格對標準器進行溯源，確保標準器量值的準確可靠。

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【作者簡介】

陳桂逸，男，1986年出生，工程師，研究方向為計量測試與質量控制。

侯敏龍，男，1988年出生，工程師，研究方向為計量測試與質量控制。

（本稿審讀：劉鑫）