二等铂电阻温度计标准装置检定结果不确定度分析

杨震　冷宇

摘要：不确定度是对测量结果受测量误差影响不确定程度的描述，本文依据 《JJG（气象）002-2015自动气象站温度传感器检定规程》完成检定结果重复性试验，并依据《JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示》的要求，完成二等铂电阻温度计标准装置检定结果进行分析，确保气象用铂电阻温度传感器观测数据的可靠性。

关键字：铂电阻温度传感器;不确定度，二等铂电阻

1. 前言

测量不确定度[1]是“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。 意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。测量结果是否可信根据测量误差来判断，但是测量误差只能体现结果的短期质量。测量过程是否持续受控，测量结果是否能保持稳定一致，测量能力是否符合相关要求，就需要用测量不确定度来衡量。测量不确定度越大，表示偏差可能越大;测量不确定度越小，表示数值可能更稳定。不过，不管测量不确定度多小，测量不确定度范围必须包括真值（一般用约定真值代替），否则表示测量过程已经失效。朱乐坤[2]对自动气象站各要素传感器检定结果做了不确定度分析，2014年陈桂生[3]对工业铂热电阻不同检定方法的可信度进行了研究评定;2015年郑亮等[4]对自动气象站气象要素计量性能要求进行了探讨。

2. 二等铂电阻温度计检定装置

二等铂电阻温度计标准装置由标准铂电阻温度计、高精密直流测温电桥、制冷恒温槽和数字多用表等组成，利用铂电阻值随温度变化而变化的特性，对自动气象站铂电阻温度传感器进行检定，检定规程为《JJG（气象）002-2015自动气象站温度传感器检定规程》。

2.1标准器及配套设备

标准器：一等标准铂电阻温度计，测量范围（-190～+420）℃;

配套设备：（1）高精密直流测温电桥，测量范围0.01Ω～500kΩ，不确定度等级为0.0001级;（2）制冷恒温槽，波动度：≤±0.01℃/30min，均匀度：≤0.01℃;（3）数字多用表：测量范围100 -1000 ，测试分辨率0.1 。

2.2 测量对象

自动气象站铂电阻温度传感器。

2.3 检定环境条件

温度要求：（15～30）℃;湿度要求：（30～80）%RH。

实际情况温度：（15～25）℃;实际湿度：（40～70）%RH。

3. 检定结果不确定度分析

3.1 不确定来源的分析

根据计量标准的工作原理，在检定或校准结果的不确定度评定中测量不确定度来源包括：

a）重复性引入的不确定度;

b）由计量标准修正值引入的不确定度;

c）恒温槽的均匀性及稳定性所引入的不确定度;

d）被检温度计量器具的分辨力所引入的不确定度。

e）精密测温电桥引入的不确定度。

3.2 测量模型

二等铂电阻温度计标准装置的工作原理是采用标准铂电阻温度计（标准器）与被测温度计量器具在各测量点逐一比对的方法确定被测温度计量器具的示值误差。所以被检温度计量器具的示值误差计算公式（1）如下：

：被检温度计量器具的示值误差;

：被检温度计量器具的示值;

：计量标准值。

式（1）中 ， ， 相互独立，可得灵敏系数：

4. 检定结果不确定度计算：

4.1  由重复性引入的A类不确定度

重复测量时被测铂电阻传感器示值引入的不确定度 ：按检定规程要求将制冷恒温槽分别稳定在-10℃、0℃、20℃和50℃，分别对被测传感器作10次独立重复测试，每隔1分钟读取1次标准器、被测传感器的数值，10次测试结果如表1：

根据表1计算出合并样本标准偏差，合并样本标准偏差 按公式（2）计算：        （2）

算出 ℃。

再根据公式（3）计算出由重复性引入的不确定度 ;

式中：N是检定过程中各检定点的数据读取次数;

根据检定规程，读取4次测量数据，取其平均值作为检定点的检定结果;所以N =4，故 =0.01/2=0.005℃。

4.2  B类标准不确定度评定

4.2.1 标准器引入的不确定度：

由于计量标准的最大允许误差为±0.05℃，那么计量标准的修正值 就處于[-0.05，0.05]区间内，在此区间内修正值呈均匀分布，故：

4.2.2 均匀性和稳定性引入的不确定度：

恒温槽的均匀性及稳定性所引入的不确定度由于在做重复性试验时已体现在读数中，故不再重复计算。

4.2.3 被检温度计量器具的分辨力：

由于被检温度传感器的分辨力为0.01℃，按均匀分布计算，那么分辨力所引入的不确定度 。

4.2.4精密测温电桥引入的不确定度：

自动测温电桥的分辨力为1 ，不确定度半宽为0.05 ，按均为分布计算 ，换算成温度可以忽略不计。

4.3 合成标准不确定度

由于以上各项不确定度独立不相关，故合成标准不确定度按下式计算：

性引入的不确定度大于分辨力引入的不确定度，此时重复性中已经包含了分辨力对检定或校准结果的影响，故不再考虑分辨力引入的不确定度。所以合成标准不确定 按下式计算：

4.4 扩展不确定度

5. 结论

本文给出了二等铂电阻温度计标准装置组成，并按照《JJG（气象）002-2015自动气象站温度传感器检定规程》完成传感器重复性试验，并对依次计算了测量结果的不确定度分量，最终计算合成不确定度和扩展不确定度。

参考文献

[1] 《JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示》[S].

[2]  朱乐坤，郑丽春.自动气象站各要素传感器检定结果的不确定度分析[J].应用气象学报，2006，17（5）：635-642.

[3]陈桂生.工业铂热电阻不同检定方法检定结果可信度研究[J].中国测试，2014，11，40（6）：17-21.

[4]郑亮.JJG自动气象站气象要素计量性能要求合理性探讨[J].气象科技，2015，43（2）：207-210.

作者简介：杨震（1988-）男，河南信阳人，硕士，工程师，从事计量检定工作。