环境试验设备校准值的不确定度评定

徐富群

摘 要：随着环境试验设备越来越被广大科研机构和生产企业广泛运用于产品研发、原材料检测和成品质量的监控等，对此类设备开展校准工作显得非常有必要。该文分别就环境试验设备的温度值和相对湿度值在校准过程中产生的不确定度做了一个评定，以确保对环境试验设备开展校准工作的科学有效性。

关键词：环境实验设备 温度偏差 湿度偏差 不确定度

中图分类号：TB9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0090-03

1 温度偏差测量结果的不确定度评定

1.1 概述

（1）校准依据：JJF 1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》。

（2）校准用标准器：一台DTZ-300型温湿度场自动测试系统。温度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；湿度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）环境条件：在温度21 ℃，湿度60%RH的实验室内进行。

（4）被检器具：该次校准分析用一台温度指示分辨率是0.1 ℃，湿度指示分辨率是1%RH的环境试验箱为例，校准点温度为20.0 ℃，湿度80%RH。

（5）校准方法：用DTZ-300型温湿度场自动测试系统测量该环境试验箱的温度偏差。温度偏差是指被检设备温度显示仪表值与环境试验箱腔体几何中心点实际测量的温度之差。

1.2 数学模型

ΔT=-（+t修） （1）

式中：ΔT为温度偏差，℃；为设备显示温度平均值，℃；为中心点15次测量值的平均值，℃；t修为测量仪器指示值的修正值，℃。

1.3 灵敏系数和方差

1.3.1 灵敏系数

对（1）式各分量求偏导，得分量的灵敏系数c1=1；分量的灵敏系数c2=-1；t修分量的灵敏系数c3=-1。

1.3.2 方差

由、引入的标准不确定度分量分别为u1、u2，它们彼此独立，因此方差可表示为：

+（c3 u3）2

1.4 测量不确定度分量评定

1.4.1 输入量的标准不确定度u1的评定

输入量的不确定度来源主要有测量重复性作为的不确定度u1。

测量重复性导致的标准不确定度u11采用A类方法进行评定。设备设定温度为20.0 ℃。

在设备温度稳定后，按上述方法读取设备显示温度值，共15次，得到测量列20.1、20.0、19.9、20.0、20.0、19.9、19.9、19.9、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0、20.1、20.0 ℃，则单次实验标准偏差为：

si=0.08 ℃

因此u1=0.08 ℃。

1.4.2 输入量的标准不确定度u2的评定

输入量的不确定度来源主要有测量重复性作为的不确定度u2。

测量重复性导致的标准不确定度u2采用A类方法进行评定。

在设备温度稳定后，按上述方法读取测量仪表的显示温度值，共15次，得到修正后的测量列20.36、20.32、20.26、20.31、20.33、20.27、20.25、20.30、20.33、20.37、20.34、20.38、20.34、20.36、20.30 ℃，则单次实验标准偏差为：

si=0.04 ℃

即u2=0.04 ℃。

1.4.3 输入量t修的标准不确定度u3的评定

采用B类方法进行评定。

查校准证书，测量仪表指示值20 ℃时修正值的扩展不确定度为U=0.10℃，包含因子k=2。则u3=0.10/2=0.05 ℃。

1.5 合成标准不确定度的评定

（1）输入量的标准不确定度汇总如表1所示。

（2）合成标准不确定度的计算。

输入量、、t修彼此相互独立，因此合成不确定度为

=0.11 ℃

同样，经过实验，得到各校准点的合成标准不确定度为：温度-30 ℃时u=0.53 ℃，温度100 ℃时u=0.31 ℃。

1.6 扩展不确定度的评定

取k=2，则其扩展不确定度为温度-30 ℃时U=0.53×2=1.06 ℃；温度20 ℃时U=0.11×2=0.22 ℃；温度100℃时U=0.31×2=0.62 ℃。

1.7 测量不确定度的报告

設备温度偏差测量结果的扩展不确定度为：温度-30 ℃时U=1.1 ℃，k=2；温度20 ℃时U=0.3 ℃，k=2；温度100 ℃时U=0.7 ℃，k=2。

2 湿度偏差测量结果的不确定度评定

2.1 概述

（1）校准依据：JJF 1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》。

（2）校准用标准器：一台DTZ-300型温湿度场自动测试系统。温度：（-100～300）℃；MPE：±0.03%F.S；湿度：（0～100）%RH；MPE：±1.5%RH。

（3）环境条件：在温度21 ℃，湿度60%RH的实验室内进行。

（4）被检器具：该次校准分析用一台温度指示分辨率是0.1 ℃，湿度指示分辨率是1%RH的环境试验箱为例，校准点温度为20.0 ℃，湿度80%RH。

（5）校准方法：用DTZ-300型温湿度场自动测试系统测量该环境试验箱的温度偏差。湿度偏差是指被检设备湿度显示仪表值与环境试验箱腔体几何中心点实际测量的湿度之差。

2.2 数学模型

ΔH=-（+） （2）

式中：ΔH为相对湿度偏差，%RH；为设备显示湿度值，%RH；为中心点15次湿度测量值的平均值，%RH；为湿度修正值。

2.3 灵敏系数和方差

2.3.1 灵敏系数

对（2）式各分量求偏导，得分量的灵敏系数c1=1；分量的灵敏系数c2=-1；分量的灵敏系数c3=-1。

2.3.2 方差

由、引入的标准不确定度分量分别为u1、u2，它们彼此独立，因此方差可表示为：

+（c3 u3）2

2.4 输入量的标准不确定度评定

2.4.1 输入量的标准不确定度u1的评定

输入量的不确定度来源主要有测量重复性作为的不确定度u1。

测量重复性导致的标准不确定度u1采用A类方法进行评定。

在设备湿度稳定后，按上述方法读取设备显示湿度值，共15次，得到测量列（单位：%RH）：78、78、79、79、79、79、79、79、79、78、78、78、78、79、79，则单次实验标准偏差为：

si=0.51%RH

2.4.2 输入量的标准不确定度u2的评定

输入量的不确定度来源主要为测量重复性作为的不确定度u2。

测量重复性导致的标准不确定度u2采用A类方法进行评定。

在设备湿度稳定后，按上述方法读取测量仪表的显示湿度值，共15次，修正后得到测量列（单位：%RH）：78.9、78.9、79.0、79.1、79.2、79.2、79.1、79.2、79.0、78.9、78.7、78.9、78.9、79.0、79.1，则单次实验标准偏差为：

si=0.14%RH

因此u21=0.14%RH。

2.4.3 输入量H修的标准不确定度u3的评定

采用B类方法进行评定。

查校准证书，测量仪表指示值80.0%RH时修正值的扩展不确定度为U=1.0%RH，k=2，u3=1.0/2=0.50%RH。

2.5 合成标准不确定度的评定

（1）输入量的标准不确定度汇总如表2所示。

（2）合成标准不确定度的计算。

输入量、彼此相互独立，因此合成不确定度为

RH

同样，经过实验，得到各校准点的合成标准不确定度为：相对湿度40%时u=0.68%RH，相对湿度90%时u =1.55%RH。

2.6 扩展不确定度的评定

取k=2，则扩展不确定度为相对湿度40%时U=0.68×2= 1.36%RH；相对湿度80%时U=0.73×2=1.46%RH；相对湿度90%时U=1.55×2=3.10%RH。

2.7 测量不确定度的报告

設备湿度偏差测量结果的扩展不确定度为：相对湿度40%时U=1.4%RH，k=2；相对湿度80%时U=1.5%RH，k=2；相对湿度90%时U=3.1%RH，k=2。

参考文献

[1] 田唯学，文丽松，庞景宇.环境试验设备温度偏差校准结果测量不确定度评定[J].工业计量，2013（S1）：138-139，142.

[2] 张利，王选择.环境试验设备的偏差不确定度评定[A].湖北省机械工程学会机械设计与传动专委会暨武汉市机械设计与传动学会学术年会[C].2012.

[3] 莫永丽.环境试验设备温度偏差校准结果不确定度评定[J].科技风，2014（7）：277.