【第三届原创参赛】环境试验设备温度校准结果不确定度的探讨

应助达人

表2
(次数)
/℃
(次数)
/℃
(次数)
/℃

1    36.10    6    36.40    11    36.44
2    36.19    7    36.44    12    36.45
3    36.25    8    36.45    13    36.45
4    36.31    9    36.44    14    36.46
5    36.36    10    36.43    15    36.46

根据公式S =
计算得算术平均值 的实验标准差 S =0.030℃，
则由15次独立重复测量引入的标准不确定分量 = S =0.030℃，自由度 =14。
1.4.2.2 不确定度
四线A级铂热电阻误差限为±(0.15+0.002| |)℃，而温场测量记录仪的误差远小于铂热电阻误差的1/3，故温度校准装置在（0～40）℃因误差引入的不确定度，可按误差限为±0.23℃,以均匀分布估计, = 0.23/ =0.133℃，自由度 = 。
1.5 不确定分量一览表
不确定分量如表3所示：
表3
序号    来源    /℃

/℃


1    隔水式培养箱仪表测量重复性
0.015    +1    0.015    14
2    温度校准装置测量重复性
0.030    -1    0.030    14
3    温度校准装置误差
0.133    -1    0.133   


1.6 合成标准不确定度
= =0.138℃
1.7 有效自由度
根据公式 = /
=5900
1.8 扩展不确定度
取置信水平 =0.95，查 分布表取扩展因子 =1.98，故得：
=0.28℃， =1.98。

2 环境试验设备温度均匀度校准结果不确定度评定
2.1 概述：
校准方法：采用四线A级铂热电阻与温场测量记录仪组成温度校准装置，对环境试验设备——隔水式培养箱进行校准。在此温度均匀度是在隔水式培养箱温度稳定状态下，测量15次，每次测量中测得最高温度与最低温度之差的算术平均值。
2.2 数学模型：
（2）
式（2）中： ——温度均匀度，℃；
——测量次数；
——各校准点在第 次测得的最高温度，℃；
——各校准点在第 次测得的最低温度，℃。
为便于不确定度评定，式（2）可变形为：

即温度均匀度为15次测量中，最高温度的平均值与最低温度平均值之差。可见其计算公式形式上与温度偏差相似，故可采用如下数学模型评定不确定度。
(3)
2.3 方差与灵敏系数：
式(3)中 和 互为独立，因而得：
= =1， = =-1，
。
2.4 不确定度来源及分析
2.4.1 由 引入的不确定度
由 引入的不确定度包括两部分，一部分是用温度校准装置对隔水式培养箱温场进行测量时，每次测量中最高温度测量重复性引入的不确定度 ；另一部分是温度校准装置误差引入的不确定度 。
2.4.1.1 不确定度
在校准规范规定的条件下，用本温度校准装置对隔水式培养箱作15次独立重复测量，从温度校准装置上读取15次最高温度显示值，记为 ， ， …… ，平均值记为 ，其测量列如表4所示：

应助达人

表4
（次数）
/℃
（次数）
/℃
（次数）
/℃

1    36.31    6    36.54    11    36.59
2    36.38    7    36.57    12    36.59
3    36.43    8    36.58    13    36.59
4    36.47    9    36.58    14    36.60
5    36.51    10    36.58    15    36.60

根据公式S =
计算得算术平均值 的实验标准差 S =0.024℃
则由15次独立重复测量引入的标准不确定分量 = S =0.024℃，自由度 =14。
2.4.1.2 不确定度
四线A级铂热电阻误差限为±(0.15+0.002| |)℃，而温场测量记录仪的误差远小于铂热电阻误差的1/3，故温度校准装置在（0～40）℃因误差引入的不确定度，可按误差限为±0.23℃,以均匀分布估计, = 0.23/ =0.133℃，自由度 = 。
2.4.2 由 引入的不确定度
由 引入的不确定度包括两部分，一部分是用温度校准装置对隔水式培养箱温场进行测量时，每次测量中最低温度测量重复性引入的不确定度 ；另一部分是温度校准装置误差引入的不确定度 。
2.4.2.1 不确定度
在校准规范规定的条件下，用本温度校准装置对隔水式培养箱作15次独立重复测量，从温度校准装置上读取15次最低温度显示值，记为 ， ， …… ，平均值记为 ，其测量列如表5所示：
表5
（次数）
/℃
（次数）
/℃
（次数）
/℃

1    36.06    6    36.33    11    36.38
2    36.15    7    36.36    12    36.39
3    36.21    8    36.37    13    36.39
4    36.25    9    36.38    14    36.40
5    36.29    10    36.38    15    36.40
根据公式S =
计算得算术平均值 的实验标准差 S =0.027℃
则由15次独立重复测量引入的标准不确定分量 = S =0.027℃，自由度 =14。
2.4.2.2 不确定度
四线A级铂热电阻误差限为±(0.15+0.002| |)℃，而温场测量记录仪的误差远小于铂热电阻误差的1/3，故温度校准装置在（0～40）℃因误差引入的不确定度，可按误差限为±0.23℃,以均匀分布估计, = 0.23/ =0.133℃，自由度 = 。
2.5 不确定分量一览表
不确定分量如表6所示：
表6
序号    来源    /℃

/℃


1    最高温度测量重复性
0.024    +1    0.024    14
2    最高温度测量误差
0.133    +1    0.133   

3    最低温度测量重复性
0.027    -1    0.027    14
4    最低温度测量误差
0.133    -1    0.133   


2.6 合成标准不确定度
= =0.192℃
2.7 有效自由度
根据公式 = /
=21823
2.8 扩展不确定度
取置信水平 =0.95，查 分布表取扩展因子 =1.97，故得：
=0.38℃， =1.97。

应助达人

3 环境试验设备温度波动度校准结果不确定度评定
3.1 概述：
校准方法：采用四线A级铂热电阻与温场测量记录仪组成温度校准装置，对环境试验设备——隔水式培养箱进行校准。在此温度波动度是在隔水式培养箱温度稳定状态下，隔水式培养箱工作空间中心点温度随时间的变化量， 在15次测量中测得最高温度与最低温度之差的一半，冠以“±”号。
3.2 数学模型：
（3）
式（3）中： ——温度波动度，℃；
——中心点 次测得中的最高温度，℃；
——中心点 次测得中的最低温度，℃。
温度波动度给出的是以 中心的温度波动范围，温度波动度的不确定度就是要合理表征温度波动范围上下限之值的分布，以约定置信概率包含在我们给出上下限为中心的对称区间的半宽，故可用如下数学模型评定温度波动度的不确定度。
=
3.3 灵敏系数：
= =1/2， = =-1/2。
3.4 不确定度来源及分析
因 与 是由温度校准装置的同一只四线A级铂热电阻、温场测量记录仪同一通道测得的，估计值又非常接近。故 与 的估计值明显相关，且输入量 与 的不确定度均分别由两个分量构成，其一由温度校准装置误差引入的不确定度 1( )与 1( )为强相关，可设定相关系数 =+1；其二由测量重复性引入的不确定度 2( )与 2( )彼此独立，可设定其相关系数 =0，因温度波动度是据隔水式培养箱工作空间中心最高温度 与最低温度 两者之差计算得到的，所以测量重复性引入的不确定分量应按单次试验标准偏差计算。
3.4.1 由 引入的不确定度
3.4.1.1 1( )的评定
四线A级铂热电阻误差限为±(0.15+0.002| |)℃，而温场测量记录仪的误差远小于铂热电阻误差的1/3，故温度校准装置在（0～40）℃因误差引入的不确定度，可按误差限为±0.23℃,以均匀分布估计, 1( ) = 0.23/ =0.133℃，自由度 = 。
3.4.1.2 2( )的评定
在校准规范规定的条件下，用温度校准装置对隔水式培养箱中心点作15次独立重复测量，从温度校准装置上读取15次显示值，记为 ， ， …… ，平均值记为 ，其测量列如表7所示：

表7
(次数)
/℃
(次数)
/℃
(次数)
/℃

1 36.10 6 36.40 11 36.44
2 36.19 7 36.44 12 36.45
3 36.25 8 36.45 13 36.45
4 36.31 9 36.44 14 36.46
5 36.36 10 36.43 15 36.46

根据公式S =
计算得单次试验标准偏差 S =0.113℃
则 2( )= S =0.113℃，自由度 =14。
3.4.2 由 引入的不确定度
同理可知： 1( )=0.133℃，自由度 = 。
2( )=0.113℃，自由度 =14。
3.5 不确定分量一览表
不确定分量如表8所示：
表8
序号 来源 /℃

/℃

1 最高温度测量误差
引入的不确定 1( )
0.133 1/2 0.067

2 最高温度测量重复性
引入的不确定 2( )
0.113 1/2 0.057 14
3 最低温度测量误差
引入的不确定 1( )
0.133 -1/2 -0.067

4 最高温度测量重复性
引入的不确定 2( )
0.113 -1/2 -0.057 14

3.6 合成标准不确定度
对于来自测量误差的两个不确定度分量，因为相关系数 =+1，采用代数和合成为：
1( )+ 1( )=0.067℃+（-0.067℃）=0℃
对于来自测量重复的两个不确定度分量，因为相关系数 =0，采用方根和合成为：
= =0.081℃
3.7 有效自由度
根据公式 = /
=28.5 取 =25
3.8 扩展不确定度
取置信水平 =0.95，查 分布表取扩展因子 =2.06，故得：
=0.17℃， =2.06。

刘老师这篇作品参加原创大赛吗？

应助达人

我就是为参加原创大赛而来的。我发了站内短信给你，可能没收到。

现贴于此：“请帮我设置为原创大赛作品”

“环境试验设备温度校准有温度偏差、温度均匀度和温度波动度三个校准结果，就应该分别对应给出三个结果的不确定度。”但是我想问A.为什么计量院（深圳）在报告上只给出一个不确定度？B.这三种不确定度能否再合成再扩展K值选2吗（很多国家规定未注明时K=2）？一台环境试验设备（冷/热冲击试验机或恒温恒湿试验机）应该计量时只有一个不确度结果。刘老师请帮忙回复！先谢！

应助达人

谢谢你关注我的贴子！
回答A：三个校准结果只给出一个不确定度，不仅是计量院（深圳）的不对，而且JJF1101—2003也是不对的。实际上该给出的不确定度是温度偏差结果的不确定度，但他没有说，让顾客不知是那个结果的不确定度，还有可能理解为温度偏差、温度均匀度和温度波动度三个校准结果的不确定度。
回答B：因为温度偏差、温度均匀度和温度波动度分别有各自的定义，根本就是三个不同的量，怎么能是一个不确定度呢？一台环境试验设备（冷/热冲击试验机或恒温恒湿试验机）如果校准时，只给出温度偏差一个结果，当然可以只给该项一个给果的不确定度。如果还给出了别的结果，理应分别给出相应的不确定度才对！
我的该文有点长，我将我的该课件上传在此，也许你就能很快发现：温度偏差、温度均匀度和温度波动度三个校准结果的不确定度，不仅不能仅用一个不确定度，而且三个不确定度还相差很大。该文是我应征华东、华南计量学会联合学术交流会的，大会组委会通知：我是大会宣讲的候补人。所以我做了一个课件，内容更少，应该看起来更没那么累。

“环境试验设备温度校准结果不确定度的探讨”我下载，多谢！我司冷/热冲击试验机或恒温恒湿试验机全部由计量院（深圳）下厂检测，增加这方面见解！

应助达人

你还可以从刚结束的国家院在重庆的《电导率仪》规程宣贯资料之一——检定结晨不确定度评定中，感觉到现在要求给出了结果就要求对该结果给出不确定度。

电导率仪检定结果不确定度分析