主题：【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

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：

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。

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？

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”

titi:         你好!         大赛我9月落后了，10月加把劲吧！我发了一原创子，请你帮我设置为原创大赛作品吧？争取得个U盘。请帮我将通信地址更改为：江西省萍乡市文昌路质监大楼三楼（邮编仍为337000）。年纪大了，很多知识跟不上时代。有时间请告知我：“奖品许愿”是怎么回事？                                                   祝 好！                                                                                                                                                               老刘                                                                                                                                                       2010-10-21

“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！

原文由 chenboyou(chenboyou) 发表:
“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！

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！

原文由 chenboyou(chenboyou) 发表:
“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！

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

以0.2级电导率仪为例，进行分析

一、电子单元引用误差检定的不确定度

根据“电导率仪检定规程（修订稿）”的规定，使用电导率仪检定装置（标准电导）评价电子单元的引用误差。

1 数学模型：

式中：Κ — 仪器示值

      Κ_S — 标准电导率

      Κ_F — 满量程

2 不确定度源及其不确定度：

1)  仪器示值 Κ

满量程为200μS/cm，显示位数占满量程的百分比为0.05%(F.S.)；由于显示位数（示值分辨率）造成的不确定度服从均匀分布：

μS/cm

按“规程要求”示值重复性上限值为0.07%，引入的不确定度：

μS/cm

电导率示值Κ的不确定度：

μS/cm

cm/μS

2)  标准电导率 Κ_S

标准值相对误差的上限值为0.07%，选用该量程中最大电导率200μS/cm评价，由于未对标准值修正引入的不确定度：

μS/cm

根据检定证书知道标准电导率的定值不确定度为0.02%，对于200μS/cm电导，其标准值的不确定度为：

μS/cm

标准电导Κ_S的不确定度为

μS/cm

cm/μS

3 不确定度合成及结论：

检定结果的标准不确定度为：

符号	说明	x	u(x)	C(x)	u(x)c(x)
Κ	仪器示值	200μS/cm	0.086μS/cm	0.005 cm/μS	0.043%
ΚS	标准电导率	200μS/cm	0.090μS/cm	0.005 cm/μS	0.045%
△	示值误差	0.20%	0.06%

二、 配套检定的不确定度

1、数学模型：

式中：

κ— 仪器示值

κ_S — 标准溶液在参考温度下的标准值

2、不确定度源及其不确定度：

1）仪器示值 κ

由于显示位数造成的不确定度服从均匀分布：

μS/cm

单次测量的重复性为0.2%，由于测量结果为3次测量的平均值，故而重复性引入的不确定度：

μS/cm

电导率示值κ的不确定度为

μS/cm

C(κ)=1/2000=0.0005 cm/μS

2）标准溶液标准值k_s

由标准物质证书知标准物质量值的相对不确定度为0.25% (k=2)

μS/cm

C(κ_S)= 1/2000=0.0005 cm/μS

3) 温度t

标准温度计读数显示位数为0.01℃，由于温度计显示位数引入的不确定度：

℃

恒温槽温度波动符合正态分布，  ℃

℃

℃^-1

不确定度合成及结论：

配套检定结果的不确定度为：

结论：

符号	说明	x	u(x)	C(x)	u(x)c(x)
k	电导率示值	1410μS/cm	1.33μS/cm	0.0005 cm/μS	0.066%
t	温度	25℃	0.026℃	0.014 ℃-1	0.036%
ks0	标准电导率	1410μS/cm	1.69μS/cm	0.0005 cm/μS	0.084%
△	示值误差	0.4%	0.11%

三、 温度计检定的不确定度

1  数学模型：

式中：

t— 仪器温度示值

t_S— 标准温度计示值

2  不确定度源及其不确定度：

1）仪器温度示值t

温度计示值分度为0.1℃，由于分度引入的不确定度为：

℃

℃

C(t)=1

2）标准温度计示值t_S

标准温度计分度为0.01℃，用于温度计分度引入的不确定度为：

℃

标准温度计示值误差引入的不确定度： ℃

℃

C(t_S)=1

3  不确定度合成及结论：

温度检定的不确定度：

℃

符号	说明	x	u(x)	C(x)	u(x)c(x)
t	温度示值	25 ℃	0.029℃	1	0.029℃
tS	标准温度示值	25 ℃	0.029℃	1	0.029℃
△	示值误差	0.2 ℃	0.041℃

这几天正在井冈山参加华东华南计量协会学会在这里联办的学术论文交流年会，我的该文也是交流文章之一。本次交流会共征集到论文100多篇，经评选编入论文集88篇，推荐大会宣讲论文5篇。我的该＜环境试验设备温度校准不确定度的探讨＞（见0楼附件）不仅编入了论文集，而且被推荐大会宣讲。因为我的该文指出了JJF1011－2003＜环境试验设备温度、湿度校准规范＞，给出了三个校准结果，却只给出其中一个结果的不确度的不对，而且提出了规范给出的温度偏差不确定度评定采用温度校准装置整体修正的不切合实际并给出了正确评定方法。同时自己为宣讲又作了较为充分的准备，为宣讲量身制作的PPT（见7楼附件），我的PPT不是全文照搬原文，而是用尽可能通俗易懂的语言阐述自己的想法见解，使与会人员都能了解我提出的问题和给出的解决问题的办法。真所谓有一份耕耘就有一份收获，我的宣讲论文收到了很好的效果，在五篇宣讲的论文中评价最高。