铂电阻温度传感器检定结果的不确定度分析评定

蒋冬雁　陈平　李伟雄

【摘 要】目前，广西自动气象站温度的采集都是采用铂电阻温度传感器，文章主要探讨了铂电阻温度传感器的检定过程中所采用的方法和思路，参照《自动气象站温度传感器检定规程》[JJG（气象）002—2015]和《测量不确定度评定和表示》（JJF1059—2012），分析计算检定过程中测得的数值，进行A类和B类不确定度的分析评定，最后计算出合成不确定度和扩展不确定度。

【关键词】铂电阻温度传感器;自动气象站;不确定度;评定

【中图分类号】P415.12 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0059-02

自动气象站采集的要素很多，温度是其中一个重要的要素。温度和人们的生活息息相关，因此获取准确有效的温度尤为重要，而温度的取得离不开温度传感器。目前国内气象自动站温度的采集主要用铂电阻温度传感器。由于传感器具有漂移性，会随时间的推移和环境的改变等因素慢慢地出现一定的误差，所以需要定期检定或校准。铂电阻温度传感器检定的依据是《自动气象站铂电阻温度传感器检定规程》（JJG（气象）002—2015），因为严格意义上真值是无法得到的，所以测量是存在误差的。为了确保测量值接近真值，只有对检定过程中得出的结果进行不确定度分析和评定，才能保证铂电阻温度传感器探测出的数据有效且可靠。

1 铂电阻温度传感器工作原理、性能

铂电阻温度传感器是利用铂金属特性（其阻值会随温度上升而变化的特性）来测量温度的（如图1所示）。

2 铂电阻温度传感器的检定

将温度传感器和标准SWJ型二等铂电阻放置于恒温槽中，通电、开机在温度设定点稳定15 min以上后开始计数，0.02 ℃是各读数的最大允许误差，根据检定规程被测温度传感器与标准二等铂电阻温度传感器的差值小于0.2 ℃时合格。此次检定过程采用的温度检定点为-30 ℃、-10 ℃、0 ℃、20 ℃、50 ℃、80 ℃，为各温度检定点，每隔1 min读取1次各检定点的温度值，共读取6次，然后计算它们之间的差值（求值误差）进行测量。得出的6次误差结果平均，其平均值选定为最优估计值。

3 检定结果不确定度评定

GUM法是评定测量结果的不确定度的基础，评定结果不确定度的GUM法是参照《测量不确定度评定表示》（JJF 1059—2012）方法，如图2所示。

3.1 数学模型

△t=td-ts

公式中：△t为铂电阻温度传感器示值误差;td为被测仪器的读数;ts为标准铂电阻温度传感器的读数。

3.2 A类不确定度评定

A类评定度是若干次重复测量结果平均值的标准偏差（见表1），先通过各检定点进行6次误差值的测量，然后分析6次检定值的误差值是否存在异常值，在传感器的测量流程中，30 s读一次标准器和被测温度传感器的读数，连续读6次数值，由于极差法的测量次数以4～9次为宜，满足极差法的使用条件，因此用极差法重复测量标准偏差的相对标准不确定度，并进行计算。

U（T）=S（■）=R/C■ ℃

从JJF 1059.1—2012查表得出，当n=6次时，C=2.53。根据查表得出的结果代入公式，计算出重复测量的标准不确定度。

3.3 B类不确定度评定

B类不确定度评定是通过分析各方面的信息来源，比如校准证书提供的数据或以前的测量数据，检定人员的经验，标准、规程、规范及其他技术文件等相关信息，进行科学判断，得出估计的标准偏差。根据铂电阻温度传感器的检定特点分析其測量结果的B类不确定度来源，主要包括温度场不均匀性、标准器引入不确定度、被测传感器温度表分度值。

3.4 扩展不确定度的评定

由于不确定度分量相互之间独立存在，在协方差为零的情况下用方根合成，则B类合成不确定度UB=UB12+UB22+UB32+UB42=0.036，因A、B两个不确定度分量之间相互独立不相关，即相关系数R1.2=0，合成标准不确定度为UC=UA2+UB2。

各检定点合成标准不确定度见表2。

3.5 扩展不确定度

扩展不确定度：U=KU，U为包含因子。

U（△T）=KU（△T）=2U（△T）

为了方便比较测量结果，扩展不确定度一般视为正态分布，取K=2，从而计算出扩展不确定度（见表3）。

4 结语

由于铂电阻温度传感器具有漂移性，必须对铂电阻温度传感器进行定期的校准、检定，对测量到的数值计算估计值的标准不确定度和其他已有信息进行评估，即A类和B类不确定评定，根据各输入量之间的相关性及数学模型的非线性合成标准不确定度，从而计算出扩展不确定度。通过分析计算结果，验证所用铂电阻温度传感器是否符合要求。

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[责任编辑：钟声贤]