吉林省空盒气压表测量结果的不确定度评定①

袁文辉+杨紫超+麻锴

摘 要：针对吉林省气压检定系统现状以及空盒气压表的设备属性，采用相对比较的方法，利用标准气压源计算我省空盒气压表检定时测量结果的不确定度。

关键词：空盒气压表  不确定度  A类不确定度

中图分类号：TH765 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0058-02

空盒气压表的检定规程中明确要求计算空盒气压表的测量不确定度。其评定和计算与检定设备、检定规程、被检仪器等密切相关，不能一概而论。该文给出了一种与我省气压检定能力相匹配，且满足检定规程要求的空盒气压表不确定度评定方法。

1 不确定度评定依据

JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》;

JJG272-2007检定规程。

2 不确定度评价模型及传递系数

在满足温度波动不超过±2℃的室内环境条件《空盒气压表和空盒气压计》下进行仪器的不确定度评估[1]。数字式气压计作为标准器，示值检定箱、温度系数检定装置作为辅助设备，参照规程对空盒气压表进行数值检定。数字式气压计是判断被检空盒气压表示值准确性的数值依据，所以被检表与标准仪器之间的差值就是评价示值准确性的模型，即：

（1）

其中：为被测空盒气压表示值误差;

为被测空盒气压表示值;

为数字气压计标准器示值。

和互相独立，所以合成方差：

（2）

其中：代表被测空盒气压表不确定度;

代表气压标准器不确定度。

对（2）式分别求关于和的偏导数得到传递系数：

，    （3）

3 不确定分量的分析与评定

在气压检定系统中，可能引入不确定度的来源有：数字式气压计的测量误差、数字式气压计的示值量化误差、数字式气压计的示值修约误差、检定箱内的气压变化、空盒气压表人为读数误差、空盒气压表在重复观测中的变化等误差组成。上述不确度分量之间不存在相关性。

气压检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性造成了检定箱气压环境的时刻变化。在测量过程中，数字式气压计的实时读数是上述两个因素相互作用后的结果。但检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性与标准器的误差大小无关，只是气压环境的因变量，所以检定箱内环境气压的变化率不单独参与不确定度的评定。

上述误差的随即性对不确定度是有贡献的，包含在A类不确定度中。

3.1 标准不确定度

3.1.1 数字气压计示值误差引入的不确定度

根据JJG272-2007《空盒气压表和空盒气压计》检定规程可知，标准器的最大允差是±0.4 hPa，半宽为最大允差的绝对值，其误差在区间内呈均匀分布[2]，取，则有：

（4）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.2 数字气压计示值量化误差引入的不确定度

数字式气压计的精度为0.01 hPa，其误差在0.005 hPa内服从均匀分布[2]，取，则有：

±   （5）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.3 数字气压计示值修约误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，故数字式气压计修约至0.1 hPa引入的误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，取，则有，

（6）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2 标准不确定度的分析及评定

3.2.1 空盒气压表重复测量的示值误差引入的不确定分量

在符合检定规程的条件下，将气压检定箱设置在950 hPa、970 hPa、990 hPa、1010 hPa、1030 hPa五个不同的检定点，对普通空盒气压表各点分别进行10次重复性测量，根据公式（1）求得各检测点每一次测量的示值误差。利用贝塞尔公式计算出各检测点误差的试验标准差，具体数据如表1所示。

选择最大值0.037 hPa作为重复测量的实验标准差。

（7）

（8）

其自由度：。

3.2.2 空盒气压表示值量化误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，其误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，则：

（9）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2.3 人为估读误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，人为估读误差为0.02 hPa，该误差服从矩形分布，则：

（10）

估值可靠性为80%，自由度为。

4  合成标准不确定度的计算

由于各个不确定度分量之间相互独立，所以相关系数为零。根据合成标准不确定度的计算公式得：

（11）

根据韦尔奇-萨特斯威特公式，其合成标准不确定度的有效自由度为：

（12）

取置信概率为95%，根据t分布查表得：，则包含因子取k=1.984，故DYM-3型空盒气压表测量结果的扩展不确定度为 。

5 结语

该次不确定度评定是方法符合《测量不确定度评定与表示》要求，故认为此次测量结果正确。所以，如DYM-3空盒气压表示值为987.6 hPa，则根据其扩展不确定度，可以认定为被测环境气压以95%的概率在987.6 hPa±0.465 hPa的范围内。

参考文献

[1] JJG 272-2007，空盒气压表和空盒气压计[S].

[2] JJF 1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].endprint

摘 要：针对吉林省气压检定系统现状以及空盒气压表的设备属性，采用相对比较的方法，利用标准气压源计算我省空盒气压表检定时测量结果的不确定度。

关键词：空盒气压表  不确定度  A类不确定度

中图分类号：TH765 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0058-02

空盒气压表的检定规程中明确要求计算空盒气压表的测量不确定度。其评定和计算与检定设备、检定规程、被检仪器等密切相关，不能一概而论。该文给出了一种与我省气压检定能力相匹配，且满足检定规程要求的空盒气压表不确定度评定方法。

1 不确定度评定依据

JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》;

JJG272-2007检定规程。

2 不确定度评价模型及传递系数

在满足温度波动不超过±2℃的室内环境条件《空盒气压表和空盒气压计》下进行仪器的不确定度评估[1]。数字式气压计作为标准器，示值检定箱、温度系数检定装置作为辅助设备，参照规程对空盒气压表进行数值检定。数字式气压计是判断被检空盒气压表示值准确性的数值依据，所以被检表与标准仪器之间的差值就是评价示值准确性的模型，即：

（1）

其中：为被测空盒气压表示值误差;

为被测空盒气压表示值;

为数字气压计标准器示值。

和互相独立，所以合成方差：

（2）

其中：代表被测空盒气压表不确定度;

代表气压标准器不确定度。

对（2）式分别求关于和的偏导数得到传递系数：

，    （3）

3 不确定分量的分析与评定

在气压检定系统中，可能引入不确定度的来源有：数字式气压计的测量误差、数字式气压计的示值量化误差、数字式气压计的示值修约误差、检定箱内的气压变化、空盒气压表人为读数误差、空盒气压表在重复观测中的变化等误差组成。上述不确度分量之间不存在相关性。

气压检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性造成了检定箱气压环境的时刻变化。在测量过程中，数字式气压计的实时读数是上述两个因素相互作用后的结果。但检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性与标准器的误差大小无关，只是气压环境的因变量，所以检定箱内环境气压的变化率不单独参与不确定度的评定。

上述误差的随即性对不确定度是有贡献的，包含在A类不确定度中。

3.1 标准不确定度

3.1.1 数字气压计示值误差引入的不确定度

根据JJG272-2007《空盒气压表和空盒气压计》检定规程可知，标准器的最大允差是±0.4 hPa，半宽为最大允差的绝对值，其误差在区间内呈均匀分布[2]，取，则有：

（4）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.2 数字气压计示值量化误差引入的不确定度

数字式气压计的精度为0.01 hPa，其误差在0.005 hPa内服从均匀分布[2]，取，则有：

±   （5）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.3 数字气压计示值修约误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，故数字式气压计修约至0.1 hPa引入的误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，取，则有，

（6）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2 标准不确定度的分析及评定

3.2.1 空盒气压表重复测量的示值误差引入的不确定分量

在符合检定规程的条件下，将气压检定箱设置在950 hPa、970 hPa、990 hPa、1010 hPa、1030 hPa五个不同的检定点，对普通空盒气压表各点分别进行10次重复性测量，根据公式（1）求得各检测点每一次测量的示值误差。利用贝塞尔公式计算出各检测点误差的试验标准差，具体数据如表1所示。

选择最大值0.037 hPa作为重复测量的实验标准差。

（7）

（8）

其自由度：。

3.2.2 空盒气压表示值量化误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，其误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，则：

（9）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2.3 人为估读误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，人为估读误差为0.02 hPa，该误差服从矩形分布，则：

（10）

估值可靠性为80%，自由度为。

4  合成标准不确定度的计算

由于各个不确定度分量之间相互独立，所以相关系数为零。根据合成标准不确定度的计算公式得：

（11）

根据韦尔奇-萨特斯威特公式，其合成标准不确定度的有效自由度为：

（12）

取置信概率为95%，根据t分布查表得：，则包含因子取k=1.984，故DYM-3型空盒气压表测量结果的扩展不确定度为 。

5 结语

该次不确定度评定是方法符合《测量不确定度评定与表示》要求，故认为此次测量结果正确。所以，如DYM-3空盒气压表示值为987.6 hPa，则根据其扩展不确定度，可以认定为被测环境气压以95%的概率在987.6 hPa±0.465 hPa的范围内。

参考文献

[1] JJG 272-2007，空盒气压表和空盒气压计[S].

[2] JJF 1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].endprint

摘 要：针对吉林省气压检定系统现状以及空盒气压表的设备属性，采用相对比较的方法，利用标准气压源计算我省空盒气压表检定时测量结果的不确定度。

关键词：空盒气压表  不确定度  A类不确定度

中图分类号：TH765 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0058-02

空盒气压表的检定规程中明确要求计算空盒气压表的测量不确定度。其评定和计算与检定设备、检定规程、被检仪器等密切相关，不能一概而论。该文给出了一种与我省气压检定能力相匹配，且满足检定规程要求的空盒气压表不确定度评定方法。

1 不确定度评定依据

JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》;

JJG272-2007检定规程。

2 不确定度评价模型及传递系数

在满足温度波动不超过±2℃的室内环境条件《空盒气压表和空盒气压计》下进行仪器的不确定度评估[1]。数字式气压计作为标准器，示值检定箱、温度系数检定装置作为辅助设备，参照规程对空盒气压表进行数值检定。数字式气压计是判断被检空盒气压表示值准确性的数值依据，所以被检表与标准仪器之间的差值就是评价示值准确性的模型，即：

（1）

其中：为被测空盒气压表示值误差;

为被测空盒气压表示值;

为数字气压计标准器示值。

和互相独立，所以合成方差：

（2）

其中：代表被测空盒气压表不确定度;

代表气压标准器不确定度。

对（2）式分别求关于和的偏导数得到传递系数：

，    （3）

3 不确定分量的分析与评定

在气压检定系统中，可能引入不确定度的来源有：数字式气压计的测量误差、数字式气压计的示值量化误差、数字式气压计的示值修约误差、检定箱内的气压变化、空盒气压表人为读数误差、空盒气压表在重复观测中的变化等误差组成。上述不确度分量之间不存在相关性。

气压检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性造成了检定箱气压环境的时刻变化。在测量过程中，数字式气压计的实时读数是上述两个因素相互作用后的结果。但检定箱的气密性，气泵输出的不稳定性与标准器的误差大小无关，只是气压环境的因变量，所以检定箱内环境气压的变化率不单独参与不确定度的评定。

上述误差的随即性对不确定度是有贡献的，包含在A类不确定度中。

3.1 标准不确定度

3.1.1 数字气压计示值误差引入的不确定度

根据JJG272-2007《空盒气压表和空盒气压计》检定规程可知，标准器的最大允差是±0.4 hPa，半宽为最大允差的绝对值，其误差在区间内呈均匀分布[2]，取，则有：

（4）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.2 数字气压计示值量化误差引入的不确定度

数字式气压计的精度为0.01 hPa，其误差在0.005 hPa内服从均匀分布[2]，取，则有：

±   （5）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.1.3 数字气压计示值修约误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，故数字式气压计修约至0.1 hPa引入的误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，取，则有，

（6）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2 标准不确定度的分析及评定

3.2.1 空盒气压表重复测量的示值误差引入的不确定分量

在符合检定规程的条件下，将气压检定箱设置在950 hPa、970 hPa、990 hPa、1010 hPa、1030 hPa五个不同的检定点，对普通空盒气压表各点分别进行10次重复性测量，根据公式（1）求得各检测点每一次测量的示值误差。利用贝塞尔公式计算出各检测点误差的试验标准差，具体数据如表1所示。

选择最大值0.037 hPa作为重复测量的实验标准差。

（7）

（8）

其自由度：。

3.2.2 空盒气压表示值量化误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，其误差在±0.05 hPa内服从均匀分布，则：

（9）

该估值可靠性为100%，自由度。

3.2.3 人为估读误差引入的不确定度

空盒气压表的精度为0.1 hPa，人为估读误差为0.02 hPa，该误差服从矩形分布，则：

（10）

估值可靠性为80%，自由度为。

4  合成标准不确定度的计算

由于各个不确定度分量之间相互独立，所以相关系数为零。根据合成标准不确定度的计算公式得：

（11）

根据韦尔奇-萨特斯威特公式，其合成标准不确定度的有效自由度为：

（12）

取置信概率为95%，根据t分布查表得：，则包含因子取k=1.984，故DYM-3型空盒气压表测量结果的扩展不确定度为 。

5 结语

该次不确定度评定是方法符合《测量不确定度评定与表示》要求，故认为此次测量结果正确。所以，如DYM-3空盒气压表示值为987.6 hPa，则根据其扩展不确定度，可以认定为被测环境气压以95%的概率在987.6 hPa±0.465 hPa的范围内。

参考文献

[1] JJG 272-2007，空盒气压表和空盒气压计[S].

[2] JJF 1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].endprint