王 楓，褚進(jìn)華，丁君鴻，武玉龍

(1.中國(guó)氣象局上海物資管理處，上海 200000； 2.呼和浩特市氣象局，呼和浩特 010051)

0 引言

測(cè)量結(jié)果是由被測(cè)量的估計(jì)值及其測(cè)量不確定度來(lái)表示的。不確定度的評(píng)定是計(jì)量檢定中不可缺少的重要內(nèi)容[1]。本研究依據(jù)中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX/T36—2005《GTS1型數(shù)字探空儀》和JJF1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中的相關(guān)要求，使用Model745作為標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)，使用GY-600壓力自動(dòng)控制器提供檢測(cè)環(huán)境，對(duì)上海長(zhǎng)望氣象科技股份有限公司生產(chǎn)的GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的實(shí)驗(yàn)室檢定結(jié)果基于GUM法進(jìn)行不確定度分析。

1 檢定結(jié)果的不確定度分析

1.1 GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的A類不確定度分析

選取1 000 hPa、800 hPa、600 hPa、400 hPa、200 hPa和10 hPa這6個(gè)測(cè)試點(diǎn)，按照高壓到低壓的順序，對(duì)GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器做量程檢定，待每個(gè)測(cè)試點(diǎn)穩(wěn)定后讀取Model745標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)的氣壓示值和被檢探空儀氣壓傳感器的氣壓示值。每次測(cè)量完成后，將壓力控制器恢復(fù)至常壓，然后重新開(kāi)始測(cè)量，共進(jìn)行10次測(cè)量。由于600 hPa點(diǎn)上誤差值的變化最大，故以此點(diǎn)的測(cè)量重復(fù)性來(lái)估算其不確定度，具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

1.1.1 數(shù)學(xué)模型

構(gòu)建相關(guān)數(shù)學(xué)模型

X=P-P0

(1)

式中：X為GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器在檢定點(diǎn)上的誤差值，hPa；P為GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器在檢定點(diǎn)上的氣壓示值，hPa；P0為Model745標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)在檢定點(diǎn)上的氣壓示值，hPa。

1.1.2 誤差值的算術(shù)平均值

根據(jù)

(2)

表1 GTS1型數(shù)字探空儀氣壓傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 GTS1 digital radiosonde pressure sensor test data

1.1.3 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差

依據(jù)貝塞爾公式

(3)

得到單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為S(X)=0.012 hPa。

1.1.4 算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差

由

(4)

1.1.5 A類不確定度

1.2 GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的B類不確定度分析

B類不確定度分析所需要的有關(guān)信息，如被測(cè)量分量估計(jì)值分散區(qū)間的半寬及其包含因子等，其來(lái)源大體上可由以前的測(cè)量數(shù)據(jù)、廠商的技術(shù)指標(biāo)、檢定證書(shū)或校準(zhǔn)證書(shū)以及由其他各種資料或手冊(cè)得到。在進(jìn)行GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的實(shí)驗(yàn)室檢定時(shí)，主要考慮以下誤差帶來(lái)的不確定度。

1.2.1 測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器引起的不確定度

1.2.2 測(cè)量時(shí)壓力控制器引起的不確定度

1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

無(wú)論是A類還是B類，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度都是由各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成得到的，當(dāng)輸入量之間不相關(guān)時(shí)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度通用公式為

(5)

1.4 擴(kuò)展不確定度

依據(jù)規(guī)范，擴(kuò)展不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度U乘以包含因子k得到。一般情況下，擴(kuò)展不確定度可視為正態(tài)分布，取擴(kuò)展不確定度的置信概率近似為95%，包含因子k=2，即U95=0.106 hPa。

2 結(jié)論

不確定度評(píng)定是計(jì)量檢定工作中必須掌握的技能。本研究通過(guò)分析和評(píng)定GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器的測(cè)量重復(fù)性誤差、Model745標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字氣壓計(jì)的誤差以及GY-600壓力自動(dòng)控制器的誤差所引起的不確定度分量，得出在實(shí)驗(yàn)室檢定GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器時(shí)，其檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U95=0.106 hPa(k=2)。