气象用玻璃液体温度表测量结果的不确定度评定方法.doc

 2009 9 119 气象用玻璃液体温度表测量结果的不确定度评定方法 王锡芳，杨茂水，刘 彬，任 燕，郭瑞宝 （山东省气象局大气探测技术保障中心，济南 250031） 摘要：气象用玻璃液体温度表检定结果的不确定度，直接影响温度量值传递的 检定结果。根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》规范的分析方法， 以0.2分度温度表为例，利用检定实验数据，对现用玻璃液体温度表检定结果 进行不确定度评定。通过对检定结果的不确定度评定，梳理出一套清晰的分析 步骤和科学方法，为省级气象计量部门提供误差分析范例。 关键词：玻璃液体温度表；测量；不确定度；评定方法 中图分类号：P49 文献标识码：B 文章编号：1005–0582（2009）03–0048–04 引言 定原则 一切测量结果都存在不确定度。为确保测量 值的准确、可靠，正确的分析评估测量不确定度， 得出的检定结果才更具有可信度。气象用玻璃液 体温度表（以下简称温度表）测量结果不确定度 评定对计量标准比对、测量方法、检定规程、检 定系统、计量认证及实验室认可起到至关重要的 作用。 测量不确定度的评定一般应先分析仪器测 量各种不确定的因素[2]；然后在被测量（输出量、 应变量）与影响量（输入量、自变量）之间的函 数关系基础上建立数学模型；其次评定各个不确 定分量；再次，对合成标准不确定度进行评定； 最后评定扩展不确定度（图 1）。 1 依据的技术标准、检定装置和检定方法 依据 JJG207-92《气象用玻璃液体温度表检定 规程》[1]，以二等水银温度表作标准，用比较法将 标准表与被检温度表同置于恒温槽（工作区水平 温差≤0.02℃，温场稳定性≤0.02℃）中进行全浸检 定，待示值稳定后，按标准、被检、被检、标准 的次序依次往返读取温度表示值，每批温度表往 返 2 次共读数 4 次，分别求得标准表和被检表的 示值平均值，然后通过公式计算得出示值修正值。 2 测量不确定度评定的一般程序及自由度的判 图 1 评定不确定度框图 收稿日期：2009-02-18 作者简介：王锡芳（1969—），女，山东章丘人，工程师，主要从事气象计量检定工作。 分析引起不确定度的各种因素 建立数学模型 评定各个不确定度分量 A 类标准不确定度 B 类标准不确定度 评定合成标准不确定度 扩展不确定度 报告测量不确定度 t j B 类不确定度分量的自由度与所得到的标 准不确定度的相对标准不确定度有关，各项标准 不确定度的自由度的判定原则可根据经验按所 依据的信息来源的可靠程度来判断标准不确定 度与自由度的关系，如用百分数来表示可靠程 度，则得到可靠程度与自由度的关系（表 1）。 式中，△为温度表的示值修正值（℃）；tb 为 标准温度表的偏差读数平均值（℃）；△b 为标准 温度表的示值修正值（℃）；tj 为温度表的偏差 读数平均值（℃）。 5 测量不确定度的评定 5.1 标准不确定度 u 1（℃）的 A 类评定 t j 表 1 可靠程度与自由度的关系 温度表测量重复性包含了温度表本身的短 可靠程度 自由度 期不稳定性和恒温槽的波动等属 A 类不确定度， 很可靠 10% 20% 30% 50% ∞ 50 12 5 2 在检定过程中，共进行 4 次读数（表 2），采用 极差法分别计算标准和被检温度计的实验标准 差 S(x )： i 表 2 温度表-20℃时读数偏差表 3 引起不确定度因素的来源分析 读数次数 标准偏差读数/℃ 被检表偏差读数/℃ 读数差值/℃ 1 2 3 4 -0.02 -0.02 -0.01 -0.01 -0.08 -0.08 -0.10 -0.10 -0.06 -0.06 -0.09 -0.09 在气象用玻璃液体温度表检定中影响测量 结果不确定度的因素包括：标准器、恒温槽、被 检表等以及检定时的视差、估读、取舍和控温波 动的影响。如图 2 所示： S(xi)=R/C （2） 上式中，R 为最大测量值与最小测量值之 差（℃），即极差； R= ?0.06?（?0.09）=0.03 C 为与测量次数有关的常数，查极差系数 及自由度得： C = 2.06 代入公式（2），可得： S(xi)=0.015 实际测量采用 4 次读数的平均值作为测量 结果，其标准不确定度为： 图 2 影响检定结果不确定度框图 u 1= S(xi)/ 4 （3） t j 4 建立数学模型、方差公式与灵敏系数 = 0.007 查极差系数及自由度表[3]11 得： 数学模型是分析计算检定结果不确定度的 基础和依据。根据《气象用玻璃液体温度表检定 规程》被检温度表示值修正值的计算公式为[1]： 自由度 v 1 = 2.7 ，且呈 t 分布。 t j 为消除温场波动引起的标准和