环境试验设备的偏差不确定度评定

张 利，王选择

（湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉430068）

环境试验设备标准装置是校准各种类型环境试验设备主要技术指标的专用计量校准装置.为了保证温度量值的准确传递，根据中华人民共和国国家计量技术规范JF1101－2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》的要求，需对环境试验设备偏差测量不确定度的评定进行考核，以确保偏差测量的不确定度和其他因素不会给测量结果带来不利影响.

1 环境试验设备偏差测量标准装置的工作原理

环境试验设备偏差测量标准装置可实时在线性测量，并能同时多路自动采集铂电阻的温度感应信号，是校准环境试验设备最先进、最方便、最实用的计量校准装置.本环境试验设备标准装置是基于KEITHLEY的2701多路数据采集系统，主要针对环境试验设备的校准，具有中文操作界面、兼容各种常见接口连接方式、兼容2700／2701各种模块、能实现对温度／相对湿度／电压输出传感器等参数进行高精度测量的特点，软件带有计测量参数自动计算、数据存储与分析、文件分割等实用工具.软件中的测量参数自动计算依据《环境试验设备温度、湿度校准规范》.本装置配置严格遵守 GB／T2423.4－1993《电工电子产品基本环境试验规程》、和《环境实验设备温度、湿度校准规范》.它利用铂电阻检测环境试验设备的温度，用2701的采集卡多路温度自动切换采集后输送计算机，实现自动程序控温进行分析计算处理.校准过程规范化，标准化.

该装置主要由二等标准PT100铂电阻、多路数据采集卡、2701多功能数字表、配套用DELL计算机及基于KEITHLEY的2701多路数据采集系统软件、网线等仪器设备组成.可以对工作用各类环境试验设备的主要参数进行测量校准.

环境试验设备偏差不确定度评定试验流程如图1所示，标准装置的计算机多路数据采集系统软件界面图如图2所示.

2 引起环境试验设备偏差测量不确定度的各种因素

本次偏差测量的不确定度评定以环境试验设备标准装置校准HTF323C型电热鼓风干燥箱为例.在现有条件下，对该环境试验设备偏差进行不确定度评定［1］.

经分析，在环境试验设备标准装置校准干燥箱时，偏差不确定度的来源主要有以下几个因素：1）偏差测量引起的不确定度；2）二等标准铂电阻引入不确定度；3）标准用多功能数字表温度档测温引入的不确定度；4）环境条件引入的不确定度［2－3］.

由于校准环境（如温、湿度）能满足校准规范的要求，在校准人员认真执行校准规程和操作规程的条件下，环境条件引入的不确定度可忽略不计.因此仅就其他几个因素引起的不确定度分别进行分析评定.

3 环境试验设备标准装置测量不确定度评定

3.1 偏差测量引起的不确定度评定

在装置工作正常情况下，采用直接测量法测量评定.环境试验设备标准装置校准HTF323C型电热鼓风干燥箱，在干燥箱恒定在100℃时进行测试，9点连续15次重复测量，其数据见表1［4］.

表1 重复性测量数据表

根据数学模型uA1＝a1／k1.式中：uA1为二等标准铂电阻偏差测量引起的不确定度，a1为二等标准铂电阻偏差测量修正值.偏差测量引起的不确定度评定uA为A类，按正态分布，取置信水平p1＝95%，查正态分布表得k1＝2，则二等标准铂电阻偏差测量引起的不确定度uA1＝a1／k1＝0.14／2＝0.07（℃）.

3.2 二等标准铂电阻引入不确定度的评定

二等标准铂电阻引入的不确定度评定方法采用直接测量法测量评定.根据中国船舶工业武汉综合计量测试检定站对二等标准铂电阻的检定，结果如表2所示，

表2 二等标准铂电阻的检定结果

二等标准铂电阻修正平均值aB1，评定二等标准铂电阻引入的不确定度.根据数学模型uB1＝aB1／k1.式中：uB1为二等标准铂电阻引入的不确定度，aB1为二等标准铂电阻修正值.二等标准铂电阻引入的不确定度的评定uB1为B类，二等标准铂电阻修正平均值aB1＝0.09℃.按正态分布，取置信水平p1＝95%，查正态分布表k1＝2.则二等标准铂电阻引入的不确定度uB1＝a1／k＝0.09／2＝0.045（℃）.

3.3 标准用多功能数字表温度档测温引入的不确定度的评定

标准用多功能数字表温度档测温引入的不确定度采用直接测量法测量评定.用电工产品检测中心对标准用多功能数字表温度档检定结果给出的修正值aB2，评定用多功能数字表引入的不确定度.

根据数学模型uB2＝aB2／k2，式中：uB2为标准用多功能数字表引入的不确定度，aB2为标准用多功能数字表修正值.标准用多功能数字表温度档测温引入的不确定度uB2为B类.根据标准用直流数字表修正值a2，计算标准用直流数字表不准确引入的不确定度.按正态分布取置信水平p2＝95%，查正态分布表k2＝2.则标准用直流数字表不准确引入的不确定度uB2＝aB2／k2＝0.06／2＝0.03（℃）.

3.4 标准不确定度的评定

上述环境试验设备偏差不确定度评定校准装置的各不确定度分量相互独立.各分量标准不确定度见表3.

则其合成标准不确定度根据公式

环境试验设备偏差测量的合成标准不确定度为0.08℃.

表3 合成标准不确定度分量一览表

3.5 扩展不确定度的评定

根据正态分布，取置信水平为95%，k＝2，则环境试验设备偏差测量的扩展不确定度Uc＝k×uc＝0.16℃.

4 结论

通过对环境试验设备的偏差测量不确定度在现有条件下的来源进行分析并实际测量，对偏差测量不确定度进行分析评定，评定结果能够全面反映环境试验设备偏差情况，为环境试验设备量值传递提供了依据.

［1］刘安平，乔 东，施昌彦，等.检测和校准实验室能力的通用要求［M］.北京：中国标准出版社，1999.

［2］国际标准化组织，国际电工委员会，国际计量局，等.JJF1O59—1999《测量不确定度评定与表示》［S／OL］.［2011－10－01］http：／／nb.iwhr.com／nwxw／news／li070809－bz5.pdf

［3］倪育才.实用测量不确定度评定［M］.北京：中国计量出版社，2007.

［4］余 奇.环境实验设备基本参数检定方法［M］.北京：中国标准出版社，1999.