主题：【第六届原创】干燥箱、培养箱校准方法的探讨

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光谱发表于：2013/07/03 22:55:53 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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本文仅是想以干燥箱、培养箱为例，举例说明一下线性使用的仪器的校准

绪论

对干燥箱、培养箱温度计量性能的校准，一般情况下参照JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》进行。但该规范在执行过程中虽然对设备的温度误差、控温的波动度及温场的均匀性做了测量，但这仅是对设备的一个温度点或几个温度点进行校准，最终校准结果只能反映设备控温所设定为特定温度点时，设备的温度计量性能，不能够体现设备在其温度使用范围内，任意控温点的计量性能。这就造成了使用该设备时，如果需要使用被校准点之外的温度点，将无法确定该温度点修正值及控温的不确定度。因此，对于这种可以连续调节或连续测量的仪器/设备不应仅仅对某个或某几个特定的点进行校准，而是应该在此基础上给出校准曲线，让使用者可以通过校准曲线获得预期的修正值及其测量不确定度，便于使用者在被测仪器的测量范围内获得任意点的修正值及其测量不确定度，从而增加校准数据的实用性。对于这种校准方式举例说明如下。

一、给出校准曲线

1、仪器的测量方法

校准过程中参照JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》，假设标准器引入的测量不确定度可忽略不计，在设备的适用范围内均匀的选择温度点，温度点应不少于10个点，且包括下限、上限和中间点。测试点的位置应布放在设备工作室内的三个校准面上，简称上、中、下三层，中层为通过工作室几何中心的平行于底面的校准工作面，测试点与工作室内壁的距离不小于各边长的1/10，当设备容积小于2m³时，温度测试点为9个，当容积大于2m³时，温度测试点为15个。其中需包括设备的几何中心点。测量过程中，将试验设备的温度控制器设定到所要求的标称温度，使设备正常工作。稳定后开始读数，每2min记录所有测试点的温度一次，在30min内共测试15次。以设定温度与中心点15次测量的温

b(t)为设定点的实际值，

其中y₁和y₂是两个待测定的输出量。只需要通过最小二乘法确定y₁和y₂的值，就可以通过公式1计算得到任意温度设定值t的实际值并评定其不确定度。

由公式1可得到残余误差方程

将测得的10组数据带入公式3即可得到y₁和y₂的值，得到实际值的校准曲线。

例如测得数据如下，推算设定为170℃时的修正值：

则a=2.86，b=0.96

即y₁=2.86和y₂=-0.04

所以b(t)=2.86℃+0.96t

则可推断出设定为70℃时的参考值为b(70)=70.06℃

则可推断出设定为170℃时的参考值为b(170)=166.1℃

经实际测量该两点实际温度分别为：70.2℃和165.6℃。

二、通过校准曲线求得的修正值的不确定度

可得到标准偏差为

三、测量点范围外各温度点的估计值及其测量不确定度

以表1为例校准过程中选点范围为（40-180）℃，先估计设定点为30℃时的实际温度，根据公式（公式1）可以得到b(30)=31.7℃

1、y₁和y₂估计值的标准不确定度

由此可见测量范围外控温点由校准曲线计算得到的实际温度的估计值的，由校准曲线自身不确定性引入的不确定度分量明显大于测量范围内校准曲线所引入的不确定度，而且温度点越高，测量不确定度就越大，估计值的可靠性就越低。由上述表一中的实测数据也可以看出，各仪器控温点的温度误差各不相同，而且随着控温点的升高，误差逐渐增大。可见如果仅是对仪器的一个控温点进行校准，使用这一个点的温度修正值去推算其他控温点的修正值，而不使用校准曲线，其可靠性是很低的。

结论

可见选定的校准范围外温度估计值的不确定度明显大于选定的校准范围内各点温度估计值的不确定度，所以仅仅测量一个点或几个点对培养箱/干燥箱进行校准，而不给出校准曲线，当使用到校准点之外的控温点时，如果只是使用相近温度点的修正值对设定温度点进行修正将产生较大的不确定度，这就降低了仪器控温的可靠性，影响实验结果的准确性。对于其他线性使用的计量仪器如：电子天平、温度计等均存在上述问题，这个问题在JJF1059-1999中被忽视了。而在最新版的JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》已经进行了完善，给出了相关说明，并提供了具体实例。所以为了提高该类线性仪器使用的可靠性，就不能仅是使用特定点的修正值对仪器全量程的数值进行修正，而是需要使用校准曲线对其选定的校准范围任意设定值或示值进行修正，减小其测量不确定度，提高数值的可靠性。