袁帥 韓嘯 李建宇

摘 要：鉑電阻溫度傳感器的不確定度直接影響溫度量值傳遞的檢定結(jié)果。依據(jù)規(guī)范JJF1059.1-2012，參照氣象部門檢定規(guī)程，從引起不確定度的因素和測(cè)量不確定度分量入手，對(duì)Pt100型鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行較為科學(xué)的不確定度評(píng)定。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；測(cè)量不確定度

我國(guó)氣象現(xiàn)代化水平不斷發(fā)展，利用傳感器進(jìn)行氣象實(shí)時(shí)觀測(cè)已被業(yè)內(nèi)認(rèn)可。為了確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠，必須按照規(guī)程進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。測(cè)量不確定度是對(duì)誤差理論的繼承和發(fā)展，利用科學(xué)方法分析評(píng)估測(cè)量不確定度，檢定結(jié)果才具可信度。

Pt100型鉑電阻溫度傳感器，在溫度變化時(shí)自身的電阻值也隨之改變，具有溫度靈敏度高、極佳的可換性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，因此廣泛應(yīng)用于氣象和環(huán)保等部門。

1 不確定度的相關(guān)定義

測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果的不可信程度，也可以理解為對(duì)測(cè)量結(jié)果有效性的懷疑程度。測(cè)量不確定度可用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬度表征。不確定度一般為兩個(gè)分量即A類不確定度和B類不確定度。A 類不確定度用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)評(píng)定，B類不確定度是用實(shí)驗(yàn)或者有關(guān)信息進(jìn)行估計(jì)。

2 技術(shù)依據(jù)

技術(shù)依據(jù)包括JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[1]和JJG（氣象）002-2015自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程。[2]

在檢定過(guò)程中，將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被檢溫度傳感器插入恒溫槽中同一深度，槽溫穩(wěn)定后每30秒讀取一次標(biāo)準(zhǔn)值和被檢值，重復(fù)讀數(shù)4次，修約至0.01℃。

3 引起不確定度因素的來(lái)源分析

實(shí)驗(yàn)中的影響因素：測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量；數(shù)據(jù)修約引入的不確定度分量；由標(biāo)準(zhǔn)器誤差引入的不確定度分量；恒溫槽波動(dòng)性和不均勻性引入的不確定度分量。

4 數(shù)據(jù)模型

標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)為數(shù)字顯示，被檢傳感器讀數(shù)由儀器記錄并經(jīng)過(guò)電腦讀出，根據(jù)檢定規(guī)程，建立數(shù)學(xué)模型：

5 不確定度的評(píng)定

5.1 不確定度u（T—）的評(píng)定

5.1.1重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（T—A）評(píng)定

按A類方法評(píng)定，對(duì)同一支相對(duì)穩(wěn)定的傳感器分別選取-10℃、0℃、20℃和50℃四個(gè)測(cè)試點(diǎn)，在每個(gè)溫度測(cè)試點(diǎn)上分別進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量（n=4）。

5.1.2 由數(shù)據(jù)修約引入的不確定度分量u（T—修約）

按B類方法評(píng)定，在實(shí)際應(yīng)用中，鉑電阻溫度傳感器修約精度為0.01℃，按均勻分布處理，修約誤差是區(qū)間半寬為0005℃，包含因子k=3，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量（B類）

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)器在被檢量程內(nèi)的最大允許誤差為±0.03℃，按均勻分布處理，區(qū)間半寬為0.03℃，包含因子k=3，不確定度分量為：

u（T—s1）=0.03/3=0.017℃

5.2.2 恒溫槽溫場(chǎng)不均勻性引入的不確定度分量（B類）

根據(jù)WLR-30D恒溫槽的校準(zhǔn)證書，恒溫槽工作區(qū)域的最大溫差為0.015℃，則區(qū)間半寬約為0.008℃，按均勻分布處理，不確定度分量為：

5.2.3 恒溫槽溫場(chǎng)波動(dòng)性引入的不確定度分量（B類）

根據(jù)WLR-30D恒溫槽的校準(zhǔn)證書，恒溫槽溫場(chǎng)穩(wěn)定性為±0.003℃/10min，則不確定度區(qū)間半寬為0.003℃，按均勻分布處理，不確定度分量為：

由于三個(gè)分量互不相關(guān)，參照數(shù)據(jù)模型中公式（3），輸入量T—s的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可合成為：

5.3 由修正值Δt引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uΔt的評(píng)定（B類）

由RCY-1A自校式鉑電阻數(shù)字測(cè)溫儀的校準(zhǔn)證書可知，其檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U95=0.02℃（k=2）。所以，uΔt=0.02/2=0.01℃

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

6.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（ΔT）

以上三個(gè)不確定度分量u（T—）、u（T—s）、uΔt互不相關(guān)，將靈敏系數(shù)帶入公式（3）中，可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表2所示。

6.2 擴(kuò)展不確定度U

擴(kuò)展不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示。包括因子k=2時(shí)，置信區(qū)間具有的包含概率為95%。鉑電阻溫度傳感器的擴(kuò)展不確定度為U=2uc，代入計(jì)算得各個(gè)檢定點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度如表2所示。

6.3 不確定度驗(yàn)證

被測(cè)溫度傳感器的最大允許誤差絕對(duì)值MPEV=0.3℃，由表2可以看出，在各檢定點(diǎn)的示值誤差不確定度均小于0.1℃，即U95 MPEV/3，因此可不考慮不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

7 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)JJF1059.1-2012和自動(dòng)氣象站檢定規(guī)程的要求，經(jīng)過(guò)一次實(shí)地的檢定過(guò)程，利用極差法計(jì)算A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，分析影響來(lái)源并進(jìn)行B類不確定度評(píng)定，得出了各個(gè)檢定點(diǎn)的合成和擴(kuò)展不確定度，該結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證符合要求。本文僅對(duì)Pt100型溫度傳感器進(jìn)行不確定度分析，其評(píng)定方法同樣可用于其它類型溫度傳感器。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

[2]JJG（氣象）002-2015自動(dòng)氣象站溫度傳感器檢定規(guī)程[S].

[3]朱樂(lè)坤，鄭麗春.自動(dòng)氣象站各要素傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（5）：635-642.

[4]劉宇，張佳佳，劉文忠，等.鉑電阻地溫傳感器檢定不確定度評(píng)定[J].氣象科技，2016，44（5）：728-732.

作者簡(jiǎn)介：袁帥（1980-），男，氣象電子工程師，主要從事工作：氣象儀器計(jì)量檢定，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。