校准恒温箱温度偏差和测量结果的不确定度分析

张新影

河北省计量监督检测研究院廊坊分院 河北 廊坊 065000

1.恒温箱温度校准方法

在对恒温箱进行校准的过程中，存在连个关键点，其一是对校准温度进行有效确定，其二是确认校准点位置的布置。在校准时，首先结合实际情况对工作室内上、中、下三个水平层进行确定，然后在这三个水平层之上进一步明确校准点，这一过程中需要对校准点与设备内壁之间的距离进行有效的控制，一般控制在各自边长的十分之一左右即可。校准温度的选择以及校准位置的分布应当参照JJF1101—2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》。

以电热恒温鼓风干燥箱为例，此温控器中配置了Pt100热电阻的0.5级数字温度表，这一恒温箱的工作室内的容积规格为350mm×450mm×550mm；恒温箱的标准器采用了A级Pt100热电阻，温度巡检仪，其检测误差可以被控制在0.2℃之内。在对恒温箱进行校准时，环境温度为22℃，环境湿度为65%，电源电压为220V。共设置8个测点，控制测点距离上边或者下边箱壁在4.5cm，距离左边或者右边箱的壁边大约3.5cm。

在校准时，首先将传感器布置在所选的校准位置之上，其次调节恒温箱的温控器，调整为100℃，使恒温箱温度上升，当恒温箱的温度达到且稳定在100℃之后，对各个测点的温度进行测量，每个测点循环测量10次，将温度值准确记录，最后在此基础之上对设备在标称温度点100℃时的上下偏差值进行检测。不用校准点10次校准的具体记录数值如下：

校准位置1: 100.9；100.5；100.1；101.0；100.8；100.6；101.1；101.3；101.0；100.2

校准位置2: 100.7；100.5；100.9；100.2；99.9；100.0；99.8；99.2；101.1；100.3

校准位置3: 100.1；99.8；99.9；100.2；100.1；100.4；99.4；99.6；99.8；99.6

校准位置4: 99.9；99.7；99.4；99.0；99.4；99.1；99.2；99.4；100.0；99.8

校准位置5: 100.3；99.8；100.5；100.8；100.0；100.2；100.7；99.6；99.4；100.3

校准位置6: 100.6；99.9；99.6；100.3；100.1；100.9；100.2；100.7；99.6；99.4；100.3

校准位置7: 100.9；100.1；100.6；100.3；101.4；100.8；100.7；101.0；100.6；100.4

校准位置8: 100.2；100.6；100.9；100.0；99.7；99.4；100.2；100.9；100.5；100.2

校准位置0: 100.1；99.8；99.9；100.4；100.0；100.2；100.7；99.9；99.6；99.6

在获得相关数据之后，需要运用测量系统的修正值对各项数据进行修正，并找出各个测点中实测温度，经确定实测温度为图1中位置7的第五次测量值，而位置7的测量系统修正值为+0.1℃，由此可以得出温度上偏差为：

经确定，各个测点实测最低温度是位置4的第四次测量值，其测量系统的修正值为-0.1℃，则温度下偏差为：

2.测量结果不确定度分析

2.1 数学模型

以恒温箱温度上偏差计算为例，数学模型如下：

2.2 分量标准不确定度分析

①测量重复性引入的标准不确定：当恒温箱温度达到标称温度后，再使温度稳定30min左右，对10组数据进行重复测量，并找出每一组的修正后实测最高温度，然后可以依据如下的公式对单次测量的标准偏差进行计算：

然后在此基础由测量重复性引入标准不确定度为：

u(Tmax)=s=0.12℃

②测温系统误差不确定度引入的测量不确定度：对于测温系统修正值，证书所给出的不确定度为0.06℃，估计正态分布，因此测温系统修正值引入的不确定度为

u(Tmax)=s=0.06/2=0.03℃

则引入的不确定度分量为0.12℃。

2.2.2 引入的不确定度分量

①由Pt100引入的不确定度分量：对于A级Pt100而言，其最大允许误差在0.35℃，若均匀分布，则u=0.20℃；

②由数字温控表引入的不确定度分量：一般情况下0.5级数字温控表100℃时最大允许误差为0.5℃，若均匀分布，则可计算出u=0.29℃

2.2.3 合成标准不确定度

合成标准不确定度计算公式如下：

2.2.4 扩展不确定度

包含因子k=2，则U=2×0.37=0.74℃

2.2.5 不确定度报告

采用上述的标准测温系统对恒温箱的温度示值上偏差进行测量，经测量偏差值的扩展不确定度为0.74℃。

3.结束语

本文主要针对校准恒温箱温度偏差和测量结果的不确定度进行研究与分析。首先以电热恒温鼓风干燥箱为例对恒温箱温度校准方法进行了一定程度的阐述与介绍，然后在此基础之上从测量重复性引入的标准不确定、测温系统误差不确定度引入的测量不确定度、Pt100引入的不确定度分量、数字温控表引入的不确定度分量、合成标准不确定度、扩展不确定度以及不确定度报告等方面重点分析了测量结果不确定度。