孵化机孵化有效区域温度稳定性不确定度评定

陈 佶

（上海市农业机械鉴定推广站，上海 201601）

0 引言

测量不确定度是表征赋予被测量值分散性的非负参数，表明测量结果量值的可信程度和不可确定程度[1-3]。测量不确定度通常由若干分量组成。其中一些分量可根据在重复性测量条件下进行多次测量所得测量值的统计分布，按测量不确定度的A 类评定进行评定；另一些分量可根据基于经验或其他信息获得的概率密度函数，按测量不确定度的B 类评定进行评定。两者均可用标准偏差表征[1]。检验检测机构应根据需要建立和保持应用评定测量不确定度的程序[4]。

孵化机是一种模拟禽类孵化时的生态环境，对温度、湿度、二氧化碳浓度等条件加以精确控制的仿生设备[5]。禽蛋孵化过程复杂，其孵化时的环境条件对孵化率、健雏率有较大影响[6]。稳定适宜的温度是影响禽蛋孵化质量的主要因素之一[7]。孵化温度过低，胚胎活力下降、发育迟缓，孵化期延长，孵化率降低；孵化温度过高，胚胎代谢旺盛，种蛋失水多，孵化率也会降低[8]。因此，在孵化过程中应根据胚胎发育特征精确控制不同孵化阶段的环境条件[9]。孵化有效区域温度稳定性是评价孵化机性能的重要指标。以孵化机孵化有效区域温度稳定性为研究对象，对测量结果的不确定度进行评定，为孵化机的试验鉴定提供参考。

1 材料与方法

1.1 测量依据

参照JB/T 9809.2—2013《孵化机 第2 部分：试验方法》（以下简称标准）相关要求进行测量。

1.2 测量仪器

测量所用仪器为法国JRI 公司ReferencE PT100 型铂电阻无线温度记录仪，可通过USB 接收器连接电脑，实现多点温度在线实时监测，采样间隔在2～5 400 s 范围内可调。根据生产厂提供的技术参数，温度在—20～50 °C 范围内最大允许误差为±0.09 °C，符合标准的准确度要求。

1.3 测量方法

测量采用整批入孵式孵化机，按照标准3.2.1.1 的要求布放温度记录仪，布点位置在孵化有效区域外轮廓面内侧5～7 cm，布点高度为蛋托平面向上3～5 cm，如遇有障碍物应相距5～7 cm，孵化有效区域分上、中、下3 个等间距平面，每个平面设置6 点，共18 点，如图1 所示[10]。测量为空机试验。

图1 孵化有效区域平面布点Fig.1 Measuring points layout of effective incubation area

根据标准3.2.4.1 的要求，将孵化机温度调节到（37.8±0.2）°C，待温度稳定后依次测试18 点的温度，温度记录仪采样间隔设置为10 min，测试3 次，计算每次测试的平均值。

2 测量不确定度评定

2.1 测量模型

根据标准3.2.4.2 的定义，孵化有效区域温度稳定性为3 次测试中最大平均温度与最小平均温度之差，按式（1）建立测量模型。

测量最大平均温度和最小平均温度时，应先按式（2）计算孵化有效区域平均温度。

2.2 不确定度来源

孵化机孵化有效区域温度稳定性测量不确定度主要来源于3 方面：一是重复测量引入的标准不确定度分量，按A 类方法评定；二是温度记录仪校准引入的标准不确定度分量，按B 类方法评定；三是温度记录仪最大允许误差引入的标准不确定度分量，按B 类方法评定。

2.3 重复测量引入的标准不确定度分量

孵化机内部结构紧凑复杂，加热机构、送风机构、加湿机构等部件的安装位置和工作状态均会影响各测点的温度。靠近加热机构的测点温度较远离加热机构的测点温度高；热空气上升冷空气下沉，上层测点温度较下层测点温度高；送风机构形成的循环气流路径上的测点温度更接近于设置的孵化机控制温度。测量仪器的布放位置也会造成测量结果的误差。为减少测量误差，在重复性测量条件下按照1.3 测量方法对各点温度进行3 组重复测试。各点温度记录仪读数如表1所示。

根据各点温度记录仪读数，按式（2）计算3 组测试中每一次测试的平均温度，然后按式（1）计算得到各组测试的温度稳定性结果。因温度稳定性测量次数较少，按照计量技术规范JJF 1 059.1—2012《测量不确定度评定与表示》（以下简称技术规范），采用极差法进行不确定度评定[11]。假设各点温度测量结果接近正态分布，根据技术规范中表1，当测量次数为3 次时，对应的极差系数C=1.69，自由度ν =1.8[1]。按式（3）计算不确定度，结果如表2 所示。

表1 各点温度记录仪读数Tab.1 Readings of temperature recorders

表2 温度稳定性极差和不确定度分量Tab.2 Range and uncertainty components of temperature stability

2.4 温度记录仪校准引入的标准不确定度分量

测量使用的每个温度记录仪都由计量部门进行校准并出具校准证书，每份证书均给出了校准结果的扩展不确定度及相应的包含因子。根据技术规范关于标准不确定度B 类评定可能值区间半宽度的确定方法，校准证书提供的校准值给出了其扩展不确定度为U，则区间的半宽度为a=U。按式（4）计算各温度记录仪校准引入的标准不确定度，结果如表3 所示。

表3 温度记录仪校准不确定度分量Tab.3 Calibration uncertainty components of temperature recorders

式中uBi—第i号温度记录仪校准引入的B 类不确定度，°C

a—可能值区间的半宽度，°C

k—置信因子或包含因子

2.5 温度记录仪测量精度引入的标准不确定度分量

表4 温度记录仪最大允许误差不确定度分量Tab.4 Maximum permissible error uncertainty components of temperature recorders

2.6 合成标准不确定度

孵化机孵化有效区域温度稳定性测量不确定度汇总如表5 所示。

表5 不确定度分量汇总Tab.5 Summary of uncertainty components

2.7 扩展不确定度

扩展不确定度由合成标准不确定度乘包含因子得到。根据技术规范，在通常的测量中一般取k=2，按式（6）计算，结果为U=0.18°C。

3 结束语

当孵化机控制温度为（37.8±0.2）°C 时，孵化有效区域温度稳定性扩展不确定度为0.18 °C，置信因子k=2。通过对测量过程中引入的标准不确定度进行评定与分析后发现：重复测量引入的标准不确定度对测量结果影响较小；测量过程中使用的温度记录仪数量较多，累计仪器校准引入的标准不确定度对测量结果影响较大。为降低仪器对测量不确定度的影响，建议使用准确度更高的温度测量仪器。