标准水银温度计测量不确定度的评估分析

2014-07-09余春光

科技视界 2014年3期

余春光

(北海市计量测试研究所，广西北海536000)

由于传统概念中的一等和二等标准水银温度计有着几乎相当的精度，故我国于2010年将两者合并为标准水银温度计，并规定二等标准铂电阻温度计为其标准检定器，同时为提高其测量不确定度的评估质量和水平，为有关单位改善水银温度计测量准度提供重要参考，下面就其测量方法和测量要点进行重点分析。

1 标准水银温度计测量概况

在评估标准水银温度计测量不确定度时，是以2010年实施的《标准水银温度计检定规程》为测量依据，以规定的二等标准铂电阻温度计为主要计量装置，以分度值分别为0.1℃和0.05℃（对应的温度范围分别为-30～300℃和0-100℃）标准温度计为被测对象，经科学校准后，将标准水银温度计和铂电阻温度计在同时时间浸入恒温槽中，待其示值保持稳定后准确读取数值，并对温度计修正值进行计算[1]；其中0.1℃和0.05℃分度值的温度计分别以10℃和5℃为检定间隔，并严格遵循标准-检定-检定-标准的读数顺序。

2 标准水银温度计测量的不确定度的相关参数

为使标准水银温度计测量不确定度评估更为科学合理，则选择了标准的计算公式，如借助公式计算标准水银温度计的修正值，其中Δts和Δtx分别代表标准器与被检温度计的温度偏差，ts和tn分别代表标准器示数与检定点温度，Wt、Wtn 和分别代表t温度下铂电阻温度计的电阻比以及tn温度下对应的电阻比及其变化率；同时根据公式（Δts）=u2（Δtx）+u2（Δts）计算不确定度的传播率，其中灵敏系数 c1和 c2均为1。

3 标准水银温度计的测量不确定度的评估分析

3.1 评估标准

在标准水银温度计测量不确定度期间往往涉及诸多的不确定度来源，且对最终的评估结果有着不同程度的影响，从而构成了一个较为完善的评估体系，具体分析如下：

如由温度计示数估读（读数分辨力）引入的u（Δtx1）属于B类标准，因其读数分辨率为0.01℃，所以其区间半宽为0.01℃，后根据均匀分布进行计算得出u（Δtx1）≈0.006℃；由温度计重复性示值引入的u（Δtx2）属于不确定度的A类标准，如在50℃刻度中，被检温度计经10次重复测量可得到约为0.11℃的u（Δtx2）[2]；由铂电阻自身复现性引入的u（Δts1）属于不确定度的B类标准，因其三相点处的u99和k分别为5mk和2.58，故对应的u（Δts1）约为0.002℃；由电测设备自身特性引入的u（Δts2）属于不确定度的B类标准，考虑到t温度下的铂电阻温度计电阻值Rt和其在水三相点温度下的电阻值Rtp选用的电测设备不同，故两者之间的测量误差互不干扰，同时结合Δttp=10mk可以得到u（Δts2）=0.022℃；由测量电流出现自热而引入的 u（Δts3）属于不确定度的B类标准，由于低温槽下二等标准铂电阻温度计自热检定值为1.3mk，可予以均匀分布计算，因而得出 u（Δts3）=0.0008℃；由铂电阻温度计Wt周期稳定性引入的u（Δts4）属于不确定度的B类标准，此时无需计算，只需参考相应的检定证书便可发现该值变化很小，故可将其视为0；由恒温槽不均匀的温场引入的u（Δts5）属于不确定度的B类标准，结合恒温槽最大温场温差0.003℃可以计算出u（Δts5）约为0.002℃；而由恒温槽波动温度引入的u（Δts6）也属于不确定度的B类标准，此时结合恒温槽±0.01℃/10min的温场稳定性可以得出，其不确定度大约存在0.01℃的区间半宽，最终经计算确定u（Δts6）≈0.006℃。

3.2 结果分析

由上可知，标准水银温度计测量不确定度标准确实来源广泛，这无疑加大了其不确定度评估难度，但经深入分析可知，上述所提及的重复性分量涵盖了由人员读数偏差造成的不确定度分量，因此为避免出现重复计算，将u（Δtx2）纳入标准水银温度计测量不确定度计算和评估范围，同时舍弃 u（Δtx1）、u（Δts3）、u（Δts6）这些对计算结果几乎不存在影响的参数。如此一来，便形成了由 u（Δtx2、 u（Δtx1）、 u（Δtx2）、u（Δtx5）和u（Δtx6）构成的不确定度评估体系[3]；加之彼此之间的分量并无内在关联，进而得到uc=0.025℃的合成标准，然后在将其视为正态分布的基础上得到在P=95%时，k=2，那么对应的U则为0.05℃。

而在利用规定的铂电阻温度计装置对标准水银温度计的测量不确定度进行校准时，需要以JJG161-2010相关规定为依据，即为0.1℃分度值的标准水银温度计设置6个不同的校准点以及10℃的检定间隔，获取其测量不确定度数据[4]。考虑到被检温度计有着（-30～300）℃的测量范围，故选用了7支温度计用于测量不确定度试验对象，以此获取较为真实可靠的数据结果；而相比之下，0.05℃分度值的温度计中的 u（Δtx1）和 u（Δtx2）有所变化。综上所述，得出 0.1分度值的 CMC参数为：（-30～0）℃、（0-100）℃和（100-300）℃测量范围内的 U 分别为0.05℃、0.05℃和 0.05-0.06℃。