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恒溫干燥箱溫度偏差校準結果的不確定度分析

 

1 測量概況與方法

測量依據為JJF1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》。測量環境為濕度:55%RH, 溫度:22℃, 氣壓:100kPa。測量標準為CONST316型多功能溫度校驗儀、低壓精密電勢開關、鉑熱電阻 (*) 。

測量方法:按照JJF1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》中規定, 在電熱恒溫干燥箱內部選擇測量點布放溫度傳感器, 在被測對象控溫范圍內選擇包括控溫上限和用戶常用的4個測量點, 分別為30、90、150、200℃, 將被測對象溫度傳感器設定到要求溫度, 待設備正常工作穩定后每2 min記錄測試點溫度1次, 30 min內連續測量15次。

2 數學模型

 

式 (1) 中, Δtd為溫度偏差 (℃) ;td為被檢設備溫度顯示儀表顯示的溫度 (℃) ;to為數字溫度顯示儀讀數 (℃) ;Δto為溫度測量裝置的修正值 (指整體檢定) (℃) 。

3 方差和靈敏系數

式 (1) 中, td、to、Δto互為獨立, 因而得出:

 

4 不確定度來源及分析

 4.1測溫傳感器引起的不確定度分量 (u1)

對于鉑熱電阻, 按照JJG229-2010《工業鉑、銅熱電阻》計量檢定規程的大允許偏差, *為± (0.150+0.002|t|) , B級為± (0.300+0.005|t|) , |t|是以攝氏度表示的溫度的值。

在校準試驗中采用*Pt100型熱電阻, 其允差E=± (0.150+0.002×|t|) ℃, 校準溫度點選取30、90、150、200℃為例, 符合均勻分布, 其值見表1。

表1 不同校準溫度的u1和自由度

 4.2電測設備不確定度分量 (u2)

根據使用說明書, 可知試驗所使用的CONST316型電測設備測量電阻四線制的準確度:ΔE=± (0.01%RD+0.005%FS) Ω。選取30、90、150、200℃為測量點, 符合均勻分布, 根據Pt 100熱電阻溫度對照表, 求得u2見表2。

表2 不同校準溫度的u2和自由度

 4.3轉換開關引起的不確定度分量 (u3)

根據使用說明書, 低電勢轉化開關, 接觸電阻小于0.03Ω。則:換算成溫度值為0.077 9℃, 均勻分布 (表3) 。

表3 不同校準溫度的u3和自由度

 4.4測量重復性的標準不確定度分量 (u4)

在30、90、150、200℃測量點的各轉換點上, 分別進行15次獨立重復測量, 得到各測量列及標準偏差見表4。

綜上所述, 溫度試驗箱校準結果的不確定度來源于:測溫傳感器的不確定度分量u1、電測設備不確定度分量u2、轉換開關不確定度分量u3和多次獨立重復測量引入的不確定度分量u4 (表5) 。

表4 不同校準溫度點的u4標準不確定分量

5 合成標準不確定度uc根據式 (2) , 得出

, 計算出合成標準不確定度 (表6) 。

6 擴展不確定度

以上各標準不確定度分量相互獨立, 其合成接近正態分布, 取置信水平P=0.95, 查t分布表得k=2。則U95=kuc=2uc, 計算結果見表7。表5 溫度試驗標準不確定度

表6 不同校準溫度的合成標準不確定度

表7 不同校準溫度的擴展不確定度