王 枫,褚进华,丁君鸿,武玉龙
(1.中国气象局上海物资管理处,上海 200000; 2.呼和浩特市气象局,呼和浩特 010051)
测量结果是由被测量的估计值及其测量不确定度来表示的。不确定度的评定是计量检定中不可缺少的重要内容[1]。本研究依据中华人民共和国气象行业标准QX/T36—2005《GTS1型数字探空仪》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中的相关要求,使用Model745作为标准气压计,使用GY-600压力自动控制器提供检测环境,对上海长望气象科技股份有限公司生产的GTS12型数字探空仪气压传感器的实验室检定结果基于GUM法进行不确定度分析。
选取1 000 hPa、800 hPa、600 hPa、400 hPa、200 hPa和10 hPa这6个测试点,按照高压到低压的顺序,对GTS12型数字探空仪气压传感器做量程检定,待每个测试点稳定后读取Model745标准气压计的气压示值和被检探空仪气压传感器的气压示值。每次测量完成后,将压力控制器恢复至常压,然后重新开始测量,共进行10次测量。由于600 hPa点上误差值的变化最大,故以此点的测量重复性来估算其不确定度,具体的测试数据如表1所示。
1.1.1 数学模型
构建相关数学模型
X=P-P0
(1)
式中:X为GTS12型数字探空仪气压传感器在检定点上的误差值,hPa;P为GTS12型数字探空仪气压传感器在检定点上的气压示值,hPa;P0为Model745标准气压计在检定点上的气压示值,hPa。
1.1.2 误差值的算术平均值
根据
(2)
表1 GTS1型数字探空仪气压传感器测试数据Tab.1 GTS1 digital radiosonde pressure sensor test data
1.1.3 实验标准偏差
依据贝塞尔公式
(3)
得到单次测量的实验标准偏差为S(X)=0.012 hPa。
1.1.4 算术平均值的标准偏差
由
(4)
1.1.5 A类不确定度
B类不确定度分析所需要的有关信息,如被测量分量估计值分散区间的半宽及其包含因子等,其来源大体上可由以前的测量数据、厂商的技术指标、检定证书或校准证书以及由其他各种资料或手册得到。在进行GTS12型数字探空仪气压传感器的实验室检定时,主要考虑以下误差带来的不确定度。
1.2.1 测量时标准器引起的不确定度
1.2.2 测量时压力控制器引起的不确定度
无论是A类还是B类,合成标准不确定度都是由各标准不确定度分量合成得到的,当输入量之间不相关时,合成标准不确定度通用公式为
(5)
依据规范,扩展不确定度由合成标准不确定度U乘以包含因子k得到。一般情况下,扩展不确定度可视为正态分布,取扩展不确定度的置信概率近似为95%,包含因子k=2,即U95=0.106 hPa。
不确定度评定是计量检定工作中必须掌握的技能。本研究通过分析和评定GTS12型数字探空仪气压传感器的测量重复性误差、Model745标准数字气压计的误差以及GY-600压力自动控制器的误差所引起的不确定度分量,得出在实验室检定GTS12型数字探空仪气压传感器时,其检定结果的扩展不确定度为U95=0.106 hPa(k=2)。