恒温干燥箱温度偏差校准结果的不确定度分析

1 测量概况与方法

测量依据为JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》。测量环境为湿度:55%RH, 温度:22℃, 气压:100kPa。测量标准为CONST316型多功能温度校验仪、低压精密电势开关、铂热电阻 (*) 。

测量方法:按照JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中规定, 在电热恒温干燥箱内部选择测量点布放温度传感器, 在被测对象控温范围内选择包括控温上限和用户常用的4个测量点, 分别为30、90、150、200℃, 将被测对象温度传感器设定到要求温度, 待设备正常工作稳定后每2 min记录测试点温度1次, 30 min内连续测量15次。

2 数学模型

式 (1) 中, Δtd为温度偏差 (℃) ;td为被检设备温度显示仪表显示的温度 (℃) ;to为数字温度显示仪读数 (℃) ;Δto为温度测量装置的修正值 (指整体检定) (℃) 。

3 方差和灵敏系数

式 (1) 中, td、to、Δto互为独立, 因而得出:

4 不确定度来源及分析

 4.1测温传感器引起的不确定度分量 (u1)

对于铂热电阻, 按照JJG229-2010《工业铂、铜热电阻》计量检定规程的大允许偏差, *为± (0.150+0.002|t|) , B级为± (0.300+0.005|t|) , |t|是以摄氏度表示的温度的值。

在校准试验中采用*Pt100型热电阻, 其允差E=± (0.150+0.002×|t|) ℃, 校准温度点选取30、90、150、200℃为例, 符合均匀分布, 其值见表1。

表1 不同校准温度的u1和自由度

 4.2电测设备不确定度分量 (u2)

根据使用说明书, 可知试验所使用的CONST316型电测设备测量电阻四线制的准确度:ΔE=± (0.01%RD+0.005%FS) Ω。选取30、90、150、200℃为测量点, 符合均匀分布, 根据Pt 100热电阻温度对照表, 求得u2见表2。

表2 不同校准温度的u2和自由度

 4.3转换开关引起的不确定度分量 (u3)

根据使用说明书, 低电势转化开关, 接触电阻小于0.03Ω。则:换算成温度值为0.077 9℃, 均匀分布 (表3) 。

表3 不同校准温度的u3和自由度

 4.4测量重复性的标准不确定度分量 (u4)

在30、90、150、200℃测量点的各转换点上, 分别进行15次独立重复测量, 得到各测量列及标准偏差见表4。

综上所述, 温度试验箱校准结果的不确定度来源于:测温传感器的不确定度分量u1、电测设备不确定度分量u2、转换开关不确定度分量u3和多次独立重复测量引入的不确定度分量u4 (表5) 。

表4 不同校准温度点的u4标准不确定分量

5 合成标准不确定度uc根据式 (2) , 得出

, 计算出合成标准不确定度 (表6) 。

6 扩展不确定度

以上各标准不确定度分量相互独立, 其合成接近正态分布, 取置信水平P=0.95, 查t分布表得k=2。则U95=kuc=2uc, 计算结果见表7。表5 温度试验标准不确定度

表6 不同校准温度的合成标准不确定度

表7 不同校准温度的扩展不确定度