工作用辐射温度计测量结果的不确定度评定浅析

2018-05-14李姣姣

科技风 2018年12期

李姣姣

摘要：根据国家计量检定规程JJG8562015《工作用辐射温度计》，简要分析评定工作用辐射温度计校准结果的不确定度。

关键词：辐射温度计；数学模型

1 绪论

国家计量检定规程JJG8562015《工作用辐射温度计》对工作用辐射温度计校准结果的不确定度计算方法有了新的规定。本文通过一套辐射温度计检定装置对被检辐射温度计在1500℃进行测量，采用新规定分析计算其不确定度，主要明确新规定的具体实施方法和过程，得出1500℃测量结果的不确定度。

2 数学模型

被检温度计在检定点tN的示值为检定点tN与固有误差Δt之和。固有误差为被检温度计测量理想黑体示值与理想黑体温度的差，根据规程中的计算方法，得其数学模型为

Δt=（ΔtT-ΔtS）-ΔtTS-（ΔtTε-ΔtSε）-（ΔtTW-ΔtSW）（1）

式中：Δt为被检温度计的固有误差；ΔtS为参考温度计读数tS的温度差；ΔtT为被检温度计读数tT的温度差；ΔtTS为被检温度计瞄准区域与参考温度计测温区域的温度差；ΔtSε为辐射源发射率偏离1引起的辐射源实际温度的误差；ΔtTε为辐射源发射率偏离1引起的被检温度计的误差； ΔtSW为参考辐射温度计的窗口误差；ΔtTW为被检温度计的窗口误差。

3 灵敏系数及标准不确定度

式（1）为固有误差的代数和公式，且各项的系数绝对值均为1，因此各个不确定度分量的灵敏度系数的绝对值为1。影响固有误差的不确定度分量中，同一辐射源发射率对被检辐射温度计与参考辐射温度计示值的影响，高温辐射源同一窗口对参考辐射温度计和被检辐射温度计的影响，应该按照完全相关处理。各分量依据不确定度传播率计算合成标准不确定度为

u2（Δt）=u2（ΔtS）+u2（ΔtTS）+（u（ΔtTε）-u（ΔtSε））2

+（u（ΔtTW）-u（ΔtSW））2+u2（ΔtT）+u2（ΔtOP）（2）

式中

u（ΔtOP）——检定操作和测量条件影响等引入的标准不确定度，℃。

4 标准不确定度评定

辐射温度计的测量结果不确定度即为其固有误差的测量不确定度，来自计量标准装置、被检温度计和测量操作三个方面。

下面以某型号的辐射温度计为例进行测量结果的不确定度分析。参考辐射温度计选取分辨力为0.01℃，光谱发射率设定值为1.000的短波高精密辐射温度计；黑体辐射源的圆柱黑体空腔直径为50mm，发射率为0.998±0.002；被檢辐射温度计测量范围为（1000～3000）℃，准确度等级为1.0级，温度分辨力为1℃。以测量点1500℃时的测量结果为例分析固有误差的不确定度。

4.1 计量标准装置引入的不确定度u（ΔtS）

（1）参考辐射温度计测量不确定度引入的不确定度分量u1。根据参考辐射温度计的证书可知其不确定度为U=2.10℃，k=2，则u1=2.10/2=1.05℃。

（2）参考辐射温度计测温重复性引入的不确定度分量u2。根据参考辐射温度计测量数据及贝塞尔公式计算其重复性为0.01℃，则u2=0.01/1=0.01℃。

（3）黑体辐射源短期稳定性引入的不确定度分量u3。黑体辐射源在1500℃的短期控温稳定性为0.5℃/10min，则u3=0.25/3=0.14℃。

（4）黑体辐射源均匀性对瞄准的影响引入的不确定度分量u4。黑体辐射源在1500℃的均匀性为0.60℃，则u4=0.60/3=0.35℃。

（5）黑体辐射源发射率修正偏离的影响引入的不确定度分量u5。黑体辐射源发射率为0.998±0.002，其偏离1引入的不确定度u5包括对参考辐射温度计的影响u（ΔtSε）和被检辐射温度计的影响u（ΔtTε），则u5=0.06℃。

4.2 被检辐射温度计引入的不确定度u（ΔtT）

（1）被检辐射温度计多次测量重复性引入的不确定度分量u6。根据被检辐射温度计测量数据及贝塞尔公式计算其重复性为0.48℃，则u6=0.48/1=0.48℃。

（2）被检辐射温度计分辨力引入的不确定度分量u7。被检辐射温度计的显示分辨力为1℃，则由分辨力引起的误差为±0.50℃，则u7=0.50/3=0.29℃。

4.3 测量操作引入的不确定度u（ΔtOP）

（1）参考和被检辐射温度计在测量过程中因瞄准产生的影响引入的不确定度包含在u4中。

（2）测量数据修约引入的不确定度分量u8。测量数据修约引起的误差为±0.50℃，则u8=0.50/3=0.29℃。