气象用数字式气压计期间核查方法的研究

刘海珍，郑树芳，温晓辉，李林蔚，马修才

（内蒙古自治区大气探测技术保障中心，内蒙古 呼和浩特 010000）

0 引 言

数字式气压计的计量特性必须符合相应计量检定规程和计量技术规范的要求，方可开展检定或校准工作[1⁃2]。为了确保数字式气压计的准确性、可靠性与稳定性，需定期对其进行量值溯源。但在两次检定或校准间隔之间，材料的不稳定、元器件的老化、使用中的磨损、使用或保存环境的变化等因素，都可能导致数字式气压计的计量性能发生变化[3⁃5]。因此，在两次检定或校准间隔之间，需要定期或不定期地对数字式气压计进行有效的期间核查，使其计量性能得到有效控制，确保其检定或校准状态具有良好的置信度。目前，丁红英等人对活塞压力计的期间核查方法进行了研究[6]。该方法实现了对活塞压力计通用性能和计量性能的核查，但并未对每次核查的数据进行对比，从而无法保证设备的计量性能在规定时间间隔内，可得到持续有效的控制。

针对以上情况，本文研究设计了一种气象用数字式气压计期间核查方案，该方案包括5 个方面，即核查标准的选择、核查参数的选择、核查频次的确定、核查方法的设计以及核查结论的判定。本文以型号为XDY⁃06的0.01 级数字式气压计作为核查对象，以芬兰维萨拉公司的型号为PTB220 的气压传感器作为核查标准，对该核查方案进行验证，从而证明该核查方案具有有效性与可行性。该方案不仅实现了对设备通用性能和计量性能的核查，还实现了对每次核查数据的对比，确保设备的计量性能在两次检定或校准间隔之间，可得到持续有效的控制。

1 核查标准的选择

核查标准必须具有良好的稳定性和重复性，同时还需要具有核查的参数和量值[7]。芬兰维萨拉公司的型号为PTB220 的气压传感器采用硅电容式绝对压力传感器，传感器的阻容振荡电路保持了阻抗的稳定，在长的时期内不受环境温度和湿度的影响，具有良好的稳定性和重复性[8]。同时，它的测量范围为500～1 100 hPa，与数字式气压计的测量范围相同。因此，本文选用芬兰维萨拉公司的型号为PTB220 的气压传感器作为数字式气压计期间核查的核查标准。该核查标准仅用于核查，并在实验室需得到安全、有效的保存，以确保其稳定性。

2 核查参数的选择

期间核查参数的选择必须遵循两个原则：一是核查对象的关键测量参数；二是核查对象的基本测量范围和常用测量点[7]。数字式气压计的测量范围为500～1 100 hPa，本文中数字式气压计的期间核查点选择了实际工作中使用的气压测量范围的最低点、最高点和中间点，即：500 hPa，1 100 hPa 和900 hPa。

3 核查方法的设计

根据JJF1033—2016《计量标准考核规范》[9]和GB/T 27025—2019《检测和校准实验室能力的通用要求》[10]的相关规定可知，期间核查主要是对测量设备的通用性能和计量性能两大项进行核查。

3.1 通用性能的核查

数字式气压计通用性能核查方法为：接通数字式气压计的电源并打开其开关，设备显示通电正常，测量数据无跳变等异常现象，设备各项参数正确，功能键正常且均达到预期，则判定数字式气压计的通用性能符合要求。

3.2 计量性能的核查

数字式气压计计量性能核查方法：本文以型号为XDY⁃06 的0.01 级数字式气压计（最小分辨力为0.001 hPa，测量范围为500～1 100 hPa）作为核查对象，以芬兰维萨拉公司型号PTB220 气压传感器（最小分辨力为0.01 hPa、测量范围为500～1 100 hPa）作为核查标准，在温度为（20±2）℃、湿度不大于85% RH 的环境条件下[11]，将数字式气压计和气压传感器放置在同一水平面上，并分别连接到PG6000 气压发生器（测量范围为500～1 100 hPa上，打开气压发生器和数字式气压计开关，接通气压传感器读数装置，分别设定气压核查点为500 hPa，900 hPa 和1 100 hPa。当气压发生器内的气压达到设定值，数字式气压计正常显示测量数据，无异常现象，稳定10 min 后，分别读取并记录数字式气压计和核查标准的示值，每10 s 读取1 次，共读取10 次；之后计算各核查点核查对象和核查标准测量数据的平均值，将经修正后的数字式气压计示值平均值减去核查标准示值平均值作为核查结果。

将数字式气压计经上级计量技术机构溯源返回实验室后立即进行首次核查的结果作为基值，后续每次核查的结果与其进行比较，得出差值Y。由于在检定或校准工作中，数字式气压计需要加修正值使用，所以在后续核查中，当各气压核查点的差值Y都小于或等于其对应核查点修正值的扩展不确定度时，则判定数字式气压计的测量范围和气压示值均符合要求。

以上两项均符合要求，即说明数字式气压计的原始状态持续有效、可信；否则分析原因，评估其产生偏移的严重程度，并采取纠正措施及验证，必要时送上级计量技术机构进行检定或校准。

4 核查频次的确定

数字式气压计的期间核查就是在两次检定或校准间隔之间，选定同一核查标准，在相同的工作环境下，对气压量值进行定期或不定期的核查。一般情况下，数字式气压计经上级计量技术机构检定或校准返回实验室后，立即进行首次核查，确定其初始检定校准状态或初始测量过程状态，以便与后续的核查数据作对比。后续的核查可以按照年度核查计划，在数字式气压计经溯源返回实验室半年左右进行一次核查，数字式气压计下一次溯源前一个月左右进行一次核查，中间由于某种特殊原因，如数字式气压计脱离实验室直接控制后进入实验室，或其出现异常，或其使用频繁，或其测量环境有重大变化，或其即将被用于特殊测量时，均可增加核查频次。

5 核查结论的判定

5.1 核查结果

本文中数字式气压计在两次检定或校准间隔内，期间核查的频次为5 次，每次核查中各气压核查点上的测量次数为10 次，取各点平均值，然后计算得到每次核查中各气压核查点核查对象的气压示值误差平均值，公式如下：

式中：ΔP为每次核查中各气压核查点核查对象的气压示值误差平均值，单位为hPa；为每次核查中各气压核查点核查对象经修正后的气压示值平均值，单位为hPa；为每次核查中各气压核查点核查标准的气压示值平均值，单位为hPa。

将数字式气压计经检定或校准后首次核查中各气压核查点的气压示值误差平均值设为ΔP0，后续的4 次核查中各气压核查点的气压示值误差平均值依次设为ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4。数字式气压计每次核查中各气压核查点气压示值误差平均值（即核查结果）的数据如表1所示。

表1 数字式气压计每次核查中各气压核查点的气压示值误差平均值（核查结果）hPa

5.2 核查结果的验证

由JJF1033—2016《计量标准考核规范》[9]和测量仪器特性评定[12]的相关规定可知，数字式气压计各核查点修正值的扩展不确定度必须小于或等于数字式气压计最大允许误差的1 3。数字式气压计经上级计量技术机构检定为0.01 级合格，其最大允许误差为±0.1 hPa，则数字式气压计各核查点修正值的扩展不确定度最大为0.033 hPa。

通过比较数字式气压计后续核查中各气压核查点示值误差平均值与首次核查中各气压核查点示值误差平均值的差值的绝对值（即后续核查中各气压核查点相对于首次核查的变化量）是否均小于或等于对应气压核查点修正值的扩展不确定度，来验证数字式气压计后续每次核查中各气压核查点示值误差平均值（即核查结果）是否均合格，从而判定数字式气压计的测量范围和气压示值是否均符合要求。验证结果见表2。

表2 数字式气压计后续核查中各气压核查点核查结果的验证hPa

经验证，数字式气压计在两次检定或校准间隔之间，后续的每次核查中各气压核查点示值误差平均值（即核查结果）均合格，则判定数字式气压计在此期间的测量范围和气压示值均符合要求。

5.3 核查结论的判定

数字式气压计在两次检定或校准间隔之间，经该方案核查，其通用性能和计量性能均符合要求。因此，数字式气压计在此期间的原始状态是持续有效、可信的。

如果数字式气压计经该方案核查，发现其性能不符合要求，则需要分析原因。若怀疑是设备本身造成的，则应及时送往上级计量技术机构重新检定或校准；若怀疑是由粗大误差、人员操作、环境影响或核查标准发生变化等因素造成的，则应采取适当的纠正措施，纠正完成后应立即再次进行核查，核查发现设备还不符合要求，则应将其送往上级计量技术机构重新检定或校准[13⁃14]。

6 结 语

本文针对气象用数字式气压计提出了一种期间核查方案，该方案包括核查标准的选择、核查参数的选择、核查方法的设计、核查频次的确定以及核查结论的判定五个方面。本文通过实验对该方案进行了验证，确定了该方案的有效性和可行性。该方案不仅实现了对设备通用性能和计量性能的核查，还实现了对每次核查数据的对比，确保设备的计量性能在两次检定或校准间隔之间，可得到持续有效的控制。其他气象用测量设备的期间核查，可参考该核查方案进行。