最高表面温度测量不确定度评定

赵宇卓

国家煤矿安全计量器具产品质量监督检验中心 山西太原 030032

在现有的所有工程仪器及测量结果中都与真实的结果存在一定的误差，基于数据统计分析的不确定度评价可以对于工程中的误差进行科学的指导，不确定度越小，则说明测量结果越接近真实值，测量越精确，对工程的指导价值越大，实用意义越高[1-3]。随着现代工程对于测试结果精准程度要求的增高，各个部门对于不确定度评估的重视程度也越来越大，而井下设备多数功率较大，发热量巨大，势必造成设备表面温度的升高，因此对于设备表面最高温度测定的不确定度评估对于维护设备，保证设备性能具有十分重要的价值。

1 测量方法

1.1 测量的依据

最高表面温度是指在最不利的运行条件下（但在规定的容许范围内）工作时，电气设备的任何部件或任何表面所达到的最高温度。测量依据GB3836.1《爆炸性环境 第1部分 设备通用要求》，最高表面温度满足特定环境下设备安全运行的要求。

1.2 测量方法

在进行测量时，仪器通电，传感器充分稳定后方可进行检验；所有的温度数据应以40℃环境温度或在设备上标志的最高环境温度为参考基准。以参考环境温度为基准的试验，可在20℃和参考环境温度之间的任一温度下进行，将试验时的环境温度和参考环境温度的差值加到测得的温度上。

2 数学模型

根据以上测量方法，影响最高表面温度的相关因素为测温仪示值和环境影响温度，因此在建立数学模型时要将这两项因素考虑进去，进行设备最高表面温度不确定评估所采用的数学模型为：。式中：-表面最高温度，-测温仪显示温度，-环境温度。

3 方差和传播系数

根据统计学原理，引入测温仪示数和环境温度的方差为：, 由于各分量相互独立，不相关，故不确定度按如下公式计算：。

4 标准不确定度分量的分析与计算

4.1 被检设备最高表面温度变化引入的不确定度分量

为了提高测量结果的可靠性，在相同的条件下对被检设备最高温度点重复测量10次，其读数（单位℃)分别为：44.6，44.7，44.9，44.9，44.8，44.9，45.0，44.9，44.7，44.8，经计算其平均值为：44.8 ℃。

根据贝塞尔公式，其标准偏差为：℃。在日常检定时，我们一般在同一检定点重复测量2次，取其平均值作为最终示值，因此被检设备最高表面温度变化引入的不确定度分量：℃。所以，被检设备最高表面温度变化引入的不确定度分量为0.09 ℃。

4.2 由测温仪引入的不确定度的评定

测温仪的不确定度是由仪器自身的原理及测定敏感程度决定的。该测温仪准确度等级为1.5级，测量范围为（-18～550）℃，最大允许误差为±8.52℃，假设该分布为均匀分布，则测温仪引入的不确定度为：℃。所以，测温仪引入的不确定度为4.92 ℃。

4.3 由环境温度测量不准确引入的不确定度

根据检定证书,温、湿度计计的最大允许误差为±2℃， 假设为均匀分布，则环境温度测量引起的不确定度为：℃。所以，环境温度测量引起的不确定度为1.15 ℃。

5 合成标准不确定度

因各输入量相互独立，所以℃。

6 表面最高温度的扩展不确定度

取置信概率为95%，查表得k=2.01，则扩展不确定度为：。

7 结语

在井下设备最高表面温度测量不确定度评估中的主要影响因素除了设备自身特性外，还有测温仪示数和井下环境温度，在不确定评估中需要考虑。（2）通过引入数学计算模型，多次测量后计算得被检设备最高表面温度变化引入的不确定度分量为0.09 ℃，测温仪引入的不确定度为4.92 ℃，环境温度测量引起的不确定度为1.15 ℃。（3）通过各个独立的输入量计算得合成标准不确定度为5.0℃，扩展不确定度为10 ℃，从而为矿井设备温度检测及设备的安全运行提供了指导。