WLR—60D温度表检定装置不确定度的评定
2014-12-25李秋平
摘要：用A类和B类评定方法对WLR-60D温度表检定装置进行不确定度评定，给出该装置的不确定度，依照其取值范围确保被检温度表测量值的可信度。
关键词：不确定度;标准偏差;测量可信度
基金项目：山西省科技公关项目（20120313031-3）资助
中图分类号： P49 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2014.24.0022
测量结果是否真实可信，在很大程度上取决于检定与测试装置的不确定度。根据《测量不确定度评估导则》，在不确定度评定方法中，有A类评定方法和B类评定方法。测量不确定度的A类评定是指对测得量值进行统计分析的方法，并用实验标准偏差来表征;测量不确定度的B类评定是指用不同于统计分析方法的其他方法评定的分量，并同样用实验标准偏差来表征，是标准不确定度分量的估计值。
在计量行业中，一读数，就有误差产生。或者说，一计量，就有不确定度存在。不确定度的大小直接反映了对被测真值不能肯定的程度，是与测量结果相联系的参数。WLR-60D温度表检定装置主要用于检定各地市台站用各类温度表和温度传感器。该装置的性能（波动度，均匀度）直接影响到检定质量，笔者认为有必要对该装置的不确定度技术指标进行分析与评定，以保证所给出的检定（或测试）结果的可信度。
1 概述
1.1 测量依据
JJG207-92《气象用玻璃液体温度表》检定规程。
1.2 环境条件
实验室没有阳光直接照射，室温10℃～35℃，温度波动度应小于±1℃/小时，相对湿度≤85%。
1.3 检定装置组成
由标准器，恒温槽和读数放大装置组成。
1.4 测量标准
检定气象用玻璃液体温度表的标准为：二等标准水银温度计（共三支），其量程为：-32℃～22℃、-2℃～52℃、-62℃～0℃。
1.5 被测仪器
被检仪器包括：百叶箱干湿表用温度表，通风干湿表用温度表，最高温度表，最低温度表，直管地温表，曲管温度表，地面温度表，及各类温度传感器。
1.6 测量方法
用二等标准水银温度表做标准与被检温度表进行检定。将被检表（计）放入恒温检定槽中，调控好槽内检定点温度，稳定时间满足检定规程要求后开始读数。每个检定点读取一对数据，每个检定点的读数不少于一对。读数完毕，计算各检定点示值误差。
2 测量结果的不确定度
整个检定装置所复现的温度标准量值的不确定度包括：标准器测量结果的不确定度，恒温槽温度场的温度波动度和不均匀度引起的不确定度等。其他因素影响暂时忽略。
3 数学模型与标准偏差
3.1 数学模型
式中：- 被检温度表的示值修正值（℃）;
tb- 标准表温度读数的平均值（℃）;
b - 标准表的示值修正值（℃）;
tj- 被检表温度读数的平均值（℃）。
3.2 标准偏差
式中： UAJ─某一个温度测试点的A类标准不确定度 （i=1.2.3…）;
ti- 同一个温度点各次测得的温度值（℃）;
t- 同一个温度点各次测得的温度值的平均值（℃）;
n - 同一个温度点的测量次数;
m - 温度测试点;
UA─ 标准装置的A类标准不确定度。
3.3 合成标准不确定度
式中UA─标准装置的A类标准不确定度;UB─标准装置的B类标准不确定度。
当报告合成标准不确定度时K=1;当报告扩展不确定度时K=2。
4 温度表检定装置的不确定度评定
4.1 A类标准不确定度的测试和计算
按照使用的范围分别选取30℃、0℃和-20℃三个测试点。分别用-2.0℃～52.0℃量程的温度表在30℃点测量;用-32℃～22℃量程量程的温度表在0℃点进行测量，用-62.0℃～0.0℃量程的温度表在-20℃点测量，每个温度点分别等间隔（每2分钟）测量，共测量10次温度示值，所有温度点的测量读数均在恒温槽的温度稳定后进行。测得结果如表1所示。
表1 单位：℃
由公式：
得 U-20=0.09 U0=0.09 U+30=0.12
4.2 B类标准不确定度的测算和计算
4.2.1标准表误差传递 采用国家气象计量站检定的数据，置信区间为0.04℃，取正态分布K=2， 标准不确定度：
UB1=0.02℃
4.2.2 标准温度表的零位误差 根据检定规程JJG207-92规定（19.2条例），标准温度表的零位误差检查，与原零位比较不得超过0.02℃为合格，仍可用原来的修正值。0.02℃为最大误差，即置信区间的半宽。设为均匀分布时K=1.7，所以标准不确定度：
UB2=0.012℃
4.2.3 标准温度表的读数误差 标准温度表的分辨力为0.1℃。当采用人为读数时，估计最大误差为0.05℃。设为均匀分布K=1.7，所以标准表的读数误差引起的不确定度为：
UB3=0.029℃
4.2.4 标准温度表的不稳定性 标准温度表修正值的不稳定性所引入的标准不确定度UB4是其稳定性的实验标准偏差。实验标准偏差的实验方法如下：
标准温度表每两年送国家气象计量检定一次，其修正值的不稳定性所引入的标准不确定度应为各温度点修正值的不稳定性的实验标准差。
在进行标准器的不稳定分析时，应利用同一台标准器的多个检定结果进行统计。
利用每次检定结果中各检定温度点上修正值的平均值做为一次检定结果。如果某支标准表共送检M次，求出M次检定结果的标准差作为标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度。
式中;UB4 ─ 二等标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度;
─ 二等标准温度表每次检定证书上各检定点修正值的平均值;
─ 每次检定结果中修正值的平均值;
M ─ 检定周期数。
现取二等标准温度表四个检定周期，各次检定结果的修正值的平均值分别是表2所示。
表2 单位：℃
由上表计算出修正值的不稳定性引入的标准不确定度：
4.3 求合成标准不确定度和扩展不确定度
4.3.1 求B类分量合成的标准不确定度 按照规范的要求，温度表检定装置的不确定度应给出合成标准不确定度和扩展不确定度。按下式计算B类分量合成的标准不确定度UB：
式中 UBi- 各个B类不确定度分量;
n - B类分量的个数，i=1.2.3…n.
将以上分析得出的UB1、UB2、UB3、UB4值代入上式得出
4.3.2 求合成标准不确定度
（此时K取1）
=（0.102+0.0382）1/2
= 0.11℃
4.3.3 求扩展不确定度 用A类不确定度分量 UA和B类不确定度分量UB求扩展不确定度：
此时K取2，
其扩展不确定度u=2（0.102+0.0382）1/2 =0.21℃
5 结语
从WLR-60D温度表检定装置不确定度的分析和评定中可知：由测试重复A类引起的不确定度，检定用标准表误差传递引入的不确定度和标准温度表的读数误差（人为误差）引入的不确定度，是造成影响该装置合成标准不确定度与扩展不确定度的主要因素。通过对该检定装置不确定度的分析与评定，得出其合成标准不确定度为0.11℃，扩展不确定度为0.21℃。满足检定规程的要求（各类温度表的误差范围为±0.3～±1.2℃）。所给出的检定（或测试）修正值真实可信，可以开展温度表的检定工作。
通过不确定度的评定，可以更进一步认识和了解到其误差的真正来源，可以对测量结果的准确度作出科学合理的评定。在做不确定度的分析时，应尽量多方面地考虑到影响不确定度的因子，这样才能更有效地将误差范围用定性的理论（也就是不确定度）来描述，给出测量真值所处量值范围的评定。
参考文献
[1] 张建敏，罗旭，吕文华.气象计量测试指南[M].北京：中国质检出版社，2011，（11）.
[2] 杨雪.手持糖量（含量）计示值误差测量结果不确定度评定[J].中国计量， 2011，（8）（总第189期）.
作者简介：李秋平，大专学历，山西省大气探测技术保障中心，工程师，研究方向：计量检定。
4.2.2 标准温度表的零位误差 根据检定规程JJG207-92规定（19.2条例），标准温度表的零位误差检查，与原零位比较不得超过0.02℃为合格，仍可用原来的修正值。0.02℃为最大误差，即置信区间的半宽。设为均匀分布时K=1.7，所以标准不确定度：
UB2=0.012℃
4.2.3 标准温度表的读数误差 标准温度表的分辨力为0.1℃。当采用人为读数时，估计最大误差为0.05℃。设为均匀分布K=1.7，所以标准表的读数误差引起的不确定度为：
UB3=0.029℃
4.2.4 标准温度表的不稳定性 标准温度表修正值的不稳定性所引入的标准不确定度UB4是其稳定性的实验标准偏差。实验标准偏差的实验方法如下：
标准温度表每两年送国家气象计量检定一次，其修正值的不稳定性所引入的标准不确定度应为各温度点修正值的不稳定性的实验标准差。
在进行标准器的不稳定分析时，应利用同一台标准器的多个检定结果进行统计。
利用每次检定结果中各检定温度点上修正值的平均值做为一次检定结果。如果某支标准表共送检M次，求出M次检定结果的标准差作为标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度。
式中;UB4 ─ 二等标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度;
─ 二等标准温度表每次检定证书上各检定点修正值的平均值;
─ 每次检定结果中修正值的平均值;
M ─ 检定周期数。
现取二等标准温度表四个检定周期，各次检定结果的修正值的平均值分别是表2所示。
表2 单位：℃
由上表计算出修正值的不稳定性引入的标准不确定度：
4.3 求合成标准不确定度和扩展不确定度
4.3.1 求B类分量合成的标准不确定度 按照规范的要求，温度表检定装置的不确定度应给出合成标准不确定度和扩展不确定度。按下式计算B类分量合成的标准不确定度UB：
式中 UBi- 各个B类不确定度分量;
n - B类分量的个数，i=1.2.3…n.
将以上分析得出的UB1、UB2、UB3、UB4值代入上式得出
4.3.2 求合成标准不确定度
（此时K取1）
=（0.102+0.0382）1/2
= 0.11℃
4.3.3 求扩展不确定度 用A类不确定度分量 UA和B类不确定度分量UB求扩展不确定度：
此时K取2，
其扩展不确定度u=2（0.102+0.0382）1/2 =0.21℃
5 结语
从WLR-60D温度表检定装置不确定度的分析和评定中可知：由测试重复A类引起的不确定度，检定用标准表误差传递引入的不确定度和标准温度表的读数误差（人为误差）引入的不确定度，是造成影响该装置合成标准不确定度与扩展不确定度的主要因素。通过对该检定装置不确定度的分析与评定，得出其合成标准不确定度为0.11℃，扩展不确定度为0.21℃。满足检定规程的要求（各类温度表的误差范围为±0.3～±1.2℃）。所给出的检定（或测试）修正值真实可信，可以开展温度表的检定工作。
通过不确定度的评定，可以更进一步认识和了解到其误差的真正来源，可以对测量结果的准确度作出科学合理的评定。在做不确定度的分析时，应尽量多方面地考虑到影响不确定度的因子，这样才能更有效地将误差范围用定性的理论（也就是不确定度）来描述，给出测量真值所处量值范围的评定。
参考文献
[1] 张建敏，罗旭，吕文华.气象计量测试指南[M].北京：中国质检出版社，2011，（11）.
[2] 杨雪.手持糖量（含量）计示值误差测量结果不确定度评定[J].中国计量， 2011，（8）（总第189期）.
作者简介：李秋平，大专学历，山西省大气探测技术保障中心，工程师，研究方向：计量检定。
4.2.2 标准温度表的零位误差 根据检定规程JJG207-92规定（19.2条例），标准温度表的零位误差检查，与原零位比较不得超过0.02℃为合格，仍可用原来的修正值。0.02℃为最大误差，即置信区间的半宽。设为均匀分布时K=1.7，所以标准不确定度：
UB2=0.012℃
4.2.3 标准温度表的读数误差 标准温度表的分辨力为0.1℃。当采用人为读数时，估计最大误差为0.05℃。设为均匀分布K=1.7，所以标准表的读数误差引起的不确定度为：
UB3=0.029℃
4.2.4 标准温度表的不稳定性 标准温度表修正值的不稳定性所引入的标准不确定度UB4是其稳定性的实验标准偏差。实验标准偏差的实验方法如下：
标准温度表每两年送国家气象计量检定一次，其修正值的不稳定性所引入的标准不确定度应为各温度点修正值的不稳定性的实验标准差。
在进行标准器的不稳定分析时，应利用同一台标准器的多个检定结果进行统计。
利用每次检定结果中各检定温度点上修正值的平均值做为一次检定结果。如果某支标准表共送检M次，求出M次检定结果的标准差作为标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度。
式中;UB4 ─ 二等标准温度表修正值的不稳定性引入的标准不确定度;
─ 二等标准温度表每次检定证书上各检定点修正值的平均值;
─ 每次检定结果中修正值的平均值;
M ─ 检定周期数。
现取二等标准温度表四个检定周期，各次检定结果的修正值的平均值分别是表2所示。
表2 单位：℃
由上表计算出修正值的不稳定性引入的标准不确定度：
4.3 求合成标准不确定度和扩展不确定度
4.3.1 求B类分量合成的标准不确定度 按照规范的要求，温度表检定装置的不确定度应给出合成标准不确定度和扩展不确定度。按下式计算B类分量合成的标准不确定度UB：
式中 UBi- 各个B类不确定度分量;
n - B类分量的个数，i=1.2.3…n.
将以上分析得出的UB1、UB2、UB3、UB4值代入上式得出
4.3.2 求合成标准不确定度
（此时K取1）
=（0.102+0.0382）1/2
= 0.11℃
4.3.3 求扩展不确定度 用A类不确定度分量 UA和B类不确定度分量UB求扩展不确定度：
此时K取2，
其扩展不确定度u=2（0.102+0.0382）1/2 =0.21℃
5 结语
从WLR-60D温度表检定装置不确定度的分析和评定中可知：由测试重复A类引起的不确定度，检定用标准表误差传递引入的不确定度和标准温度表的读数误差（人为误差）引入的不确定度，是造成影响该装置合成标准不确定度与扩展不确定度的主要因素。通过对该检定装置不确定度的分析与评定，得出其合成标准不确定度为0.11℃，扩展不确定度为0.21℃。满足检定规程的要求（各类温度表的误差范围为±0.3～±1.2℃）。所给出的检定（或测试）修正值真实可信，可以开展温度表的检定工作。
通过不确定度的评定，可以更进一步认识和了解到其误差的真正来源，可以对测量结果的准确度作出科学合理的评定。在做不确定度的分析时，应尽量多方面地考虑到影响不确定度的因子，这样才能更有效地将误差范围用定性的理论（也就是不确定度）来描述，给出测量真值所处量值范围的评定。
参考文献
[1] 张建敏，罗旭，吕文华.气象计量测试指南[M].北京：中国质检出版社，2011，（11）.
[2] 杨雪.手持糖量（含量）计示值误差测量结果不确定度评定[J].中国计量， 2011，（8）（总第189期）.
作者简介：李秋平，大专学历，山西省大气探测技术保障中心，工程师，研究方向：计量检定。
