DZZ4型数据采集器气温通道校准结果的测量不确定度评定

韩广鲁，孙 嫣，王锡芳，边文超

（山东省气象局大气探测技术保障中心，济南　250031）

DZZ4型数据采集器气温通道校准结果的测量不确定度评定

韩广鲁，孙 嫣，王锡芳，边文超

（山东省气象局大气探测技术保障中心，济南250031）

根据自动气象站数据采集器现场校准方法和测量不确定度评定方法，以JJQ1型自动站信号模拟器作为标准器，校准DZZ4型自动站数据采集器气温通道各点的示值误差，介绍其示值误差的测量不确定度评定方法。根据建立的数学模型，分析各项标准不确定分量来源并逐项评定，最终完成测量不确定度评定：该数据采集器气温通道在-30℃，0℃和50℃三个校准点，扩展不确定度均为U=0.06℃，k=2。

数据采集器；气温通道；测量不确定度

引言

随着气象计量工作的深入开展，自动气象站数据采集器的校准工作经历了方法研究和标准器开发，当前已逐步进入现场校准阶段。山东省气象局自2009年以来，借助自己开发设计的校准方法和设备，已连续开展了多年采集器现场校准工作［1］。根据计量业务的要求，给出校准结果时必须附以测量不确定度，同时，在2012年颁布了新版的《JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示》，进一步规范了测量不确定度评定方法。因此，为了完善气象计量校准工作，介绍了自动气象站数据采集器气温通道校准结果的测量不确定度评定方法。

1　概述

根据采集器现场校准方法，以JJQ1型自动站信号模拟器（编号JJQ1-11.0007，已溯源）作为标准器，校准DZZ4型自动气象站数据采集器（主采编号SCBH-1302.0099，温湿度分采编号SCBH-1307.0111*）气温通道的示值误差，校准点分别为-30℃，0℃和50℃。校准时信号模拟器由其内部电池供电，使用其电脑管理软件控制信号输出，用串口调试软件读取数据采集器通道校准示值，根据采集器现场校准方法中的步骤分别校准各点。

2　数学模型

被校准数据采集器的读数值与标准器读数值之差为通道示值误差［2-3］。因此，数据采集器气温通道的误差计算公式如下：

（1）式中，TΔ为气温通道在某一校准点的误差；Tn为气温通道在某一校准点3次校准结果的算术平均值；Ts为信号模拟器气温通道在该校准点的标准值。

3　不确定度来源及其分量评定

根据测量模型，被校准数据采集器气温通道示值误差的测量不确定度取决于测量重复性、输入量Tn和标准器修正值ΔTs的不确定度［4-6］。

3.1测量重复性引入的标准不确定度uA

由测量重复性引入的标准不确定度uA，采用A类评定方法评定。

将信号模拟器气温通道的输出信号设置为-30℃，对数据采集器气温通道进行3次重复校准，得到一组数据，同样方法得到该通道0℃和50℃校准点的重复性测量结果，测量结果见表1。

表1　气温通道各校准点重复性测量结果 ℃

由于只测量了3次被校准采集器的示值，次数较少，故采用极差法计算其标准不确定度：

（2）式中，uA为测量重复性引入的不确定度；R为极差；C为极差系数；n为重复读数次数。

在-30℃校准点，测量重复性引入的标准不确定度为：uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃；在0℃校准点，uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃；在50℃校准点，uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃。

3.2数据采集器引入的标准不确定度u（Tn）

由被校准数据采集器引入的标准不确定度u（Tn）主要是由数据采集器读数修约和受环境气温的影响引入，均采用B类方法评定。

根据测量结果数据，数据采集器气温通道读数修约到0.01℃，半宽为0.005℃，服从均匀分布，，则标准不确定度u1：

在数据采集器受环境气温的影响方面，参照DT50型数据采集器的试验结果可知，将DT50数据采集器先后放在0℃和30℃的恒温箱内，使用同一温度信号对其校准，测得在-30℃，0℃和50℃三个校准点上，两种环境气温中的校准结果最大偏差0.07℃，引用该数据，其半宽为0.035℃，假设服从均匀分布，，则标准不确定度u2关，所以由数据采集器引入的标准不确定度u为：

该项不确定度是由信号模拟器传递的不确定度引入的，包括信号模拟器的允许误差、分辨力、校准环境气温变化。

信号模拟器的允许误差引入的标准不确定度为u1（sTΔ），采用B类方法评定。根据JJQ1型信号模拟器使用说明书可知，其气温通道的最大允许误差为±0.03℃，则其区间半宽为0.03℃，假设其服从均匀分布，，则标准不确定度u1（sTΔ）为：

信号模拟器的分辨力引入的标准不确定度为u2（sTΔ），采用B类方法评定。根据其使用说明书可知，其气温通道的分辨力为0.01℃，则其区间半宽为0.005℃，服从均匀分布，，则标准不确定度u2为：

数据采集器的读数修约与其受温度影响不相

由于环境气温变化影响引入的标准不确定度为u3（sTΔ）。根据信号模拟器的设计生产要求，由于气温变化对信号模拟器温度输出值的影响应符合信号模拟器的技术要求，因此该项不确定度包含在信号模拟器的允许误差引入的标准不确定度u1（sTΔ）中。

而信号模拟器的允许误差与其分辨力不相关，因此，由信号模拟器传递引起的标准不确定度u（sTΔ）为：

4　合成标准不确定度

合成标准不确定度uc为：

即：在-30℃，0℃和50℃三个校准点，合成标准不确定度均为：

5　扩展不确定度

合成标准不确定度一般服从正态分布，取包含因子k=2，则扩展不确定度U为：

（3）式中：U为扩展不确定度；k为包含因子；uc为合成标准不确定度。

则：在-30℃，0℃，50℃三个校准点，其扩展不确定度均为：U=0.058≈0.06℃，k=2。

6　测量不确定度报告

在环境气温为23℃、相对湿度为30%时，以JJQ1型自动气象站信号模拟器（编号JJQ1-11.0007）作为标准器，校准DZZ4型自动气象站数据采集器气温通道（主采编号SCBH-1302.0099，温湿度分采编号SCBH-1307.0111*）各校准点的通道示值误差。

在-30℃校准点，校准结果为TΔ=-0.02℃，扩展不确定度U=0.06℃，k=2。

在0℃校准点，校准结果为TΔ=-0.05℃，扩展不确定度U=0.06℃，k=2。

在50℃校准点，校准结果为TΔ=-0.06℃，扩展不确定度U=0.06℃，k=2。

7　结语

此文给出了自动气象站数据采集器气温通道校准结果的测量不确定度评定方法，评定过程符合《JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示》的规定，评定结果满足相关文件的要求。该方法为校准数据采集器其他模拟通道的测量不确定度评定工作给出了示例，进一步完善了气象计量校准工作的程序与质量。

［1］ 韩广鲁，孙嫣，边文超，等. CAWS600型自动气象站采集器通道误差修正［J］. 气象科技，2012，40（5）：755-758.

［2］ 叶培德，赵峰，施昌颜，等. JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示［S］. 北京：国家质量监督检验检疫总局，2013：8-27.

［3］ 杜文岚. 数据采集器示值误差测量不确定度的评定［J］. 科学咨询，2010，（16）：72.

［4］ 王一丽，吴敏婕，朱剑平. 微弱直流电流表示值误差测量结果的不确定度评定［J］. 中国计量，2014，（9）：91-92.

［5］ 杨云，丁蕾，权继梅，等. 国产总辐射表检定结果的不确定度分析［J］. 气象科技，2012，40（1）：20-24.

［6］ 韩广鲁，边文超，孙嫣，等. 双翻斗雨量传感器测量数据不确定度评定［J］. 气象科技，2014，42（5）：773-776.

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B

1005-0582（2016）02-0071-03

2015-06-29

韩广鲁（1985—），男，陕西铜川人，硕士，工程师，主要从事气象计量工作。