环境试验设备温度、湿度校准结果不确定度评定分析

陈桂逸 侯敏龙

【摘要】目的：对环境试验设备温度、湿度校准结果进行不确定度评定。方法：依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》及JJF 1101—2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》，建立被测计量器具温度、湿度不确定度评定的数学模型，对校准过程中各分量因素进行不确定度分析。结果：当温度设定-60℃、0℃、20℃、36℃、100℃时，其测量结果的扩展不确定度为U=0.2℃；当温度设定300℃时，其测量结果的扩展不确定度为U=0.2℃；当湿度设定60.0%RH和95%RH时，其测量结果的扩展不确定度为U=1.6%RH。结论：通过以上的校准实验数据和不确定度来源分析发现，温度测量重复性引入的不确定度及标准器相对湿度修正值引入的不确定度影响最大，影响最小的是标准器的分辨力，在校准过程中应在设备运行稳定后进行测量，同时应严格对标准器进行溯源。

【关键词】环境试验设备；温度；相对湿度；不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.014

Evaluation and Analysis of Uncertainty for Temperature and Humidity Calibration Results of Environmental Test Equipment

CHEN Guiyi，HOU Minlong

（Hezhou Inspection and Testing Cente，Hezhou 542800，China）

Abstract：Objective：To evaluate the uncertainty of temperature and humidity calibration results of environmental test equipment. Methods：According to JJF 1059.1—2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement and JJF 1101—2019 Calibration Specification for Environmental Testing Equipment for Temperature and Humidity Parameters，a measurement model was established to evaluate the uncertainty of temperature and humidity of environmental test equipment，and the uncertainty of each component factor in the calibration process was analyzed and evaluated. Results：When the temperature is set at -60℃，0℃，20℃，36℃and 100℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；when the temperature is set at 300℃，the expanded uncertainty of the measurement results is U=0.2℃；When the humidity is set at 60.0%RH and 95%RH，the expanded uncertainty of the measurement results is U=1.6%RH. Conclusion：Through the above calibration experimental data and uncertainty factor analysis，the repeatability of temperature measurement and the uncertainty introduced by the correction value of the relative humidity of the standard are the largest，and the resolution of the standard gauge is the least affected. During the calibration process，the measurement should be carried out after the equipment is stable，and the standard should be strictly traceable.

Key words：environmental test equipment；temperature；relative humidity；uncertainty

1引言

環境试验设备是模拟自然气候环境所有试验箱的总称。它是通过模拟一种或一种以上环境条件对产品进行环境试验，主要代表产品有干燥箱、培养箱、高低温试验箱、恒温恒湿试验箱、紫外老化试验箱、氙灯老化试验箱、臭氧老化试验箱、霉菌培养箱等。

2019年9月27日国家市场监督管理总局发布了JJF 1101—2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》，并于2020年3月27日实施。相较于JJF 1101—2003，新版规范在术语中增加了环境试验设备、工作空间、稳定状态、温度波动度、湿度波动度、温度均匀度、湿度均匀度等，修改了温度、湿度偏差和温度、湿度波动度的计算方法，与GB/T 5170.1—2016的相关内容保持一致。本文依据JJF 1059.1—2012和JJF 1101—2019对医用低温保存箱、湿热试验箱、电热鼓风干燥箱进行校准测量，建立不确定度测量模型，分析不确定度产生的因素，为实验室的检测提供误差依据。

2设备、环境条件及校准方法

2.1用于校准测量的主标准器和配套设施

多通道数据采集仪，配A级铂电阻、I级K型热电偶及湿度传感器，型号：PR205DS。测量范围：温度为（- 60～ 1000）℃、湿度为（0～100）%RH，温度指示分辨率为0.001℃，相对湿度指示分辨率为0.1%。測量时带修正值使用，温度不确定度U=0.07℃，k=2，相对湿度不确定度U=1.5%，k=2。

2.2被测对象

医用低温保存箱，温度设定分辨率：1℃，校准点：-60℃、0℃。湿热试验箱，温度设定分辨率：0.1℃，相对湿度设定分辨率：1%，校准点：温度20℃，相对湿度95%；温度36℃，相对湿度60%。电热鼓风干燥箱，温度设定分辨率：1℃，校准点：100℃、200℃、300℃。

2.3校准环境条件

温度：15～35℃。湿度：不大于85%RH。气压：80～106 kPa。被测对象周围应无强烈振动及腐蚀性气体，不得有其他冷热源的干扰。所处的环境条件应满足开展主标准器校准工作的要求。

2.4校准方法

依据JJF 1101—2019对温度偏差、湿度偏差两个参数的校准要求，将主标准器温湿度场巡检仪的温度、湿度传感器按规范图1要求布置测试点。将被测对象（医用低温保存箱、湿热试验箱、电热鼓风干燥箱）设定到相应的校准点，然后开启运行。被测对象运行稳定后在30 min内每2 min记录一次医用低温保存箱、湿热试验箱、电热鼓风干燥箱设备上显示的温度、湿度值及各布点温度、湿度值，共得到16组数据。

依据校准规范计算各测量温度、湿度点的偏差值。1）温度上偏差：测得的16组数据中最高温度与被测对象所设定温度之差；2）温度下偏差：测得的16组数据中最低温度与被测对象所设定温度之差；3）湿度上偏差：测得的16组数据中最高湿度与被测对象所设定湿度之差；4）湿度下偏差：测得的16组数据中最低湿度与被测对象所设定湿度之差。

3测量模型的建立

3.1温度偏差测量模型

4测量结果与不确定度评定

4.1测量不确定度来源分析

依据校准方法及建立的测量模型，测量不确定度的来源包括：1）被测对象测量重复性引入的不确定度分量；2）温湿度场巡检仪分辨力引入的不确定度分量；3）温湿度场巡检仪修正值引入的不确定度分量；4）温湿度场巡检仪的稳定性引入的不确定度分量。由于上偏差与下偏差不确定度来源和数值相同，在此仅以温度上偏差和湿度上偏差为例进行不确定度评定。

4.2标准不确定度分量的评定

4.2.1测量重复性的不确定度

4.2.1.1温度测量重复性的不确定度u1

单次测量值的实验标准偏差S根据贝塞尔公式计算，得出被测对象各相对湿度测量点的标准偏差及相对湿度测量重复性引入的标准不确定度，其结果如表4所示。

4.2.2温湿度场巡检仪分辨力的不确定度

4.2.2.1温湿度场巡检仪温度分辨力的不确定度u2

温湿度场巡检仪温度显示分辨力为0.001℃，因此区间半宽0.0005℃，属均匀分布，则温度显示分辨力引入的不确定度分量为：

4.3标准不确定度分量汇总

根据以上测量计算结果，被测对象各测量点温度及相对湿度的测量标准不确定度分量汇总见表5和表6。

4.4合成标准不确定度计算

4.4.1温度上偏差测量结果合成标准不确定度uc

5測量不确定度

环境试验设备温度、湿度偏差校准不确定度见表7和表8。

6结果与讨论

通过对环境试验设备温度、湿度参数校准的不确定度进行原因分析，不确定度主要来源于测量重复性、标准器分辨力、标准器修正值、标准器稳定性等。在实验过程中对不确定度影响最大的是温度测量的重复性和标准器相对湿度的修正值，而影响较小的是标准器的分辨力。根据测量实验结果数据的分析，在校准过程中应让设备运行稳定后再进行测量，以减少测量重复性带来的误差影响，同时应严格对标准器进行溯源，确保标准器量值的准确可靠。

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【作者简介】

陈桂逸，男，1986年出生，工程师，研究方向为计量测试与质量控制。

侯敏龙，男，1988年出生，工程师，研究方向为计量测试与质量控制。

（本稿审读：刘鑫）