GTS12型数字探空仪气压传感器测量结果不确定度评定

王 枫，褚进华，丁君鸿，武玉龙

(1.中国气象局上海物资管理处，上海 200000； 2.呼和浩特市气象局，呼和浩特 010051)

0 引言

测量结果是由被测量的估计值及其测量不确定度来表示的。不确定度的评定是计量检定中不可缺少的重要内容[1]。本研究依据中华人民共和国气象行业标准QX/T36—2005《GTS1型数字探空仪》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中的相关要求，使用Model745作为标准气压计，使用GY-600压力自动控制器提供检测环境，对上海长望气象科技股份有限公司生产的GTS12型数字探空仪气压传感器的实验室检定结果基于GUM法进行不确定度分析。

1 检定结果的不确定度分析

1.1 GTS12型数字探空仪气压传感器的A类不确定度分析

选取1 000 hPa、800 hPa、600 hPa、400 hPa、200 hPa和10 hPa这6个测试点，按照高压到低压的顺序，对GTS12型数字探空仪气压传感器做量程检定，待每个测试点稳定后读取Model745标准气压计的气压示值和被检探空仪气压传感器的气压示值。每次测量完成后，将压力控制器恢复至常压，然后重新开始测量，共进行10次测量。由于600 hPa点上误差值的变化最大，故以此点的测量重复性来估算其不确定度，具体的测试数据如表1所示。

1.1.1 数学模型

构建相关数学模型

X=P-P0

(1)

式中：X为GTS12型数字探空仪气压传感器在检定点上的误差值，hPa；P为GTS12型数字探空仪气压传感器在检定点上的气压示值，hPa；P0为Model745标准气压计在检定点上的气压示值，hPa。

1.1.2 误差值的算术平均值

根据

(2)

表1 GTS1型数字探空仪气压传感器测试数据Tab.1 GTS1 digital radiosonde pressure sensor test data

1.1.3 实验标准偏差

依据贝塞尔公式

(3)

得到单次测量的实验标准偏差为S(X)=0.012 hPa。

1.1.4 算术平均值的标准偏差

由

(4)

1.1.5 A类不确定度

1.2 GTS12型数字探空仪气压传感器的B类不确定度分析

B类不确定度分析所需要的有关信息，如被测量分量估计值分散区间的半宽及其包含因子等，其来源大体上可由以前的测量数据、厂商的技术指标、检定证书或校准证书以及由其他各种资料或手册得到。在进行GTS12型数字探空仪气压传感器的实验室检定时，主要考虑以下误差带来的不确定度。

1.2.1 测量时标准器引起的不确定度

1.2.2 测量时压力控制器引起的不确定度

1.3 合成标准不确定度

无论是A类还是B类，合成标准不确定度都是由各标准不确定度分量合成得到的，当输入量之间不相关时，合成标准不确定度通用公式为

(5)

1.4 扩展不确定度

依据规范，扩展不确定度由合成标准不确定度U乘以包含因子k得到。一般情况下，扩展不确定度可视为正态分布，取扩展不确定度的置信概率近似为95%，包含因子k=2，即U95=0.106 hPa。

2 结论

不确定度评定是计量检定工作中必须掌握的技能。本研究通过分析和评定GTS12型数字探空仪气压传感器的测量重复性误差、Model745标准数字气压计的误差以及GY-600压力自动控制器的误差所引起的不确定度分量，得出在实验室检定GTS12型数字探空仪气压传感器时，其检定结果的扩展不确定度为U95=0.106 hPa(k=2)。