紫外线高压汞灯辐照度值测量结果的不确定度评定

左方圆

摘要：文章说明了紫外线高压汞灯的辐照度值测量结果的不确定度评定方法。通过引入数学模型，并结合试验室的实际情况，合理分析了输入量、不稳定性、量化误差及安装与调试等因素引入的不确定度分量，从而首次评定了紫外线高压汞灯的辐照度值测量结果的不确定度。

Abstract： The article introduces a method of evaluation of uncertainty in measurement of ultraviolet irradiance of ultraviolet high-pressure mercury lamp. By introducing a mathematical model and combining with the actual situation of the laboratory， some uncertainty components are reasonably analyzed， such as input quantity， instability， quantization error， installation and commissioning， etc.， thereby evaluating the uncertainty in measurement of ultraviolet irradiance of ultraviolet high-pressure mercury lamp for the first time.

关键词：紫外线高压汞灯;辐照度值;不确定度

Key words： ultraviolet high-pressure mercury lamp;ultraviolet irradiance;uncertainty

中图分类号：TB96                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0234-02

0  引言

高压汞灯的波段范围包括紫外区至红外区，其中紫外区的应用最为广泛。其主要用于油墨固化、晒图、软包装彩印、纸张上光、竹木地板、油漆涂料、印铁制罐线路板，电子元件的固化及塑料和橡胶的老化实验等。在传统的紫外光固化中，主要应用了高压汞灯365nm波段。为确保紫外线灯达到理想的固化效果，需要检测紫外線高压汞灯的辐照度值。本文主要介绍了一种紫外线高压汞灯的辐射照度值测量结果的不确定度评定方法。

1  测量方法

将被测灯和紫外辐照度计按工作位置的规定放置，并使灯和各部件的中心处在同一主轴线上。调节被测灯与紫外辐照度计接收器的距离，直接测量此距离时被测灯的紫外辐照度值（以GGZ125型灯为例，主波长365nm，当被测灯与紫外辐照度计接收器的距离为1m时，测得辐照度极限值为0.52mW/cm2）。

2  建立数学模型

2.1 数学模型

式中：E——在距离为l的条件下读取的紫外辐照度值，单位为毫瓦每平方厘米（mW/cm2）;Er——在1m距离下的辐射照度值，单位为毫瓦每平方厘米（mW/cm2）;l——被测灯与接收器间的距离，单位为米（mW/cm2）;lr——被测灯与接收器间的距离为1m。

2.2 灵敏度系数

3  输入量的标准不确定度

3.1 输入量的标准不确定度u1（Er）的评定

输入量Er的不确定度来源主要是紫外辐照度计的测量重复性，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。

对一台辐照度计，选择0.52mW/cm2标准测量点，连续测量10次，得到测量列0.48，0.53，0.51，0.54，0.49，0.50，0.52，0.55，0.47，0.54mW/cm2。

任意选取三台同类型的辐照度计，各在重复性条件下连续测量10次，共得到3组测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如表1所示。

实际测量时，在重复性条件下连续测量5次，以5次测量算术平均值为测量结果，则可得到不确定度为：

3.2 紫外光源的不稳定性引入的不确定度u2（Er）的评定

有实验得知，紫外线高压汞灯30分钟内的不稳定性约为0.08mW/cm2，为矩形分布，半宽度约为0.04mW/cm2，其不确定度分量为：

3.3 紫外光源的不均匀性引入的不确定度u3（Er）的评定

由实验得知，紫外线高压汞灯在？准20mm范围内的均匀性为0.06mW/cm2，为矩形分布，半宽度为0.03mW/cm2，其不确定度分量为：

3.4 比对紫外辐照度计的安装与调试引入的不确定度u4（Er）的评定

比对紫外辐照计安装时主要是角度调整及光轴的调整带来一定误差，实验中将比对辐照计上、下、左和右旋转10度角时最大误差为0.10mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.05mW/cm2，其不确定度分量为：

3.5 光路中的杂散辐射引入的不确定度u5（Er）的评定

由实验得知，光路中杂散辐射最大值为0.04mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.02mW/cm2，其不确定度为：

3.6 比对紫外辐照度计的量化误差引入的不确定度u6（Er）的评定

实验中发现距离移动4mm时，比对紫外辐照度计的示值不变，所以要考虑仪器的量化误差，比对紫外辐照度计最小分度值为0.01mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.005mW/cm2，其不确定度为：

3.7 比对紫外辐照度计不稳定性引入的不确定度

由实验得知，标准紫外辐照度计不稳定性最大值为0.01mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.005mW/cm2，其不确定度为：

3.8 标准紫外辐照度计不稳定性引入的不确定度

由实验得知，标准紫外辐照度计不稳定性最大值为0.02mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.01mW/cm2，其不确定度分量为：

3.9 标准紫外辐照度计不稳定性引入的不确定度

由中国计量院提供的标准紫外辐照度计的量值溯源不确定度为5.8%，k=1，则不确定分量为：

3.10 标准紫外辐照度计量化误差引入的不确定度

实验中发现距离移动4mm时，标准紫外辐照度计的示值不变，所以要考虑仪器的量化误差，标准紫外辐照度计最小分度值为0.01mW/cm2，为矩形分布，半宽为0.005mW/cm2，其不确定度为：

3.11 输入量l的标准不确定度u（l）的评定

输入量l的不确定度主要来源于测量距离的不确定度及被测光源与辐照度计探测器调节的不确定度两部分组成，均用B类方法评定。

3.11.1 输入量l1的标准不确定度u1（l1）的评定

依据规定：光轨测距米尺1m内的总误差不大于0.2mm。此项服从均匀分布，则测量距离的标准不确定度为：

3.11.2 被测光源与辐照度计探测器调节的不确定度的评定

根據实验经验与相关资料判定，被测光源与辐照度计探测器调节带来的对l值的影响不会超过±1mm，且服从三角分布，则此不确定度为：

3.12 输入量lr的标准不确定度u（lr）的评定

依据输入量l的标准不确定度u（l）的评定方法可知，输入量lr的不确定度主要来源于测量距离的不确定度及被测光源与辐照度计探测器调节的不确定度两部分组成，均用B类方法评定。

4  合成标准不确定度的计算

输入量彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：

5  扩展不确定度的评定

取k=2，扩展不确定度为

6  结论

通过以上方法的介绍和对其测量结果的不确定分析，从而实现了紫外线高压汞灯的辐照度值的测量，并完成了紫外线高压汞灯的辐照度值测量结果不确定度的评定。上述模型同样适用于其它型号的紫外线高压汞灯的辐照度值测量结果的不确定评定。

参考文献：

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[2]裘继红，陈颖，李志君，武晓军，红姗，赵秀荣.QB/T 2988-2008，紫外线高压汞灯[S].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2008.

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