DZZ4型數據采集器氣溫通道校準結果的測量不確定度評定

韓廣魯，孫 嫣，王錫芳，邊文超

（山東省氣象局大氣探測技術保障中心，濟南　250031）

DZZ4型數據采集器氣溫通道校準結果的測量不確定度評定

韓廣魯，孫 嫣，王錫芳，邊文超

（山東省氣象局大氣探測技術保障中心，濟南250031）

根據自動氣象站數據采集器現場校準方法和測量不確定度評定方法，以JJQ1型自動站信號模擬器作為標準器，校準DZZ4型自動站數據采集器氣溫通道各點的示值誤差，介紹其示值誤差的測量不確定度評定方法。根據建立的數學模型，分析各項標準不確定分量來源并逐項評定，最終完成測量不確定度評定：該數據采集器氣溫通道在-30℃，0℃和50℃三個校準點，擴展不確定度均為U=0.06℃，k=2。

數據采集器；氣溫通道；測量不確定度

引言

隨著氣象計量工作的深入開展，自動氣象站數據采集器的校準工作經歷了方法研究和標準器開發(fā)，當前已逐步進入現場校準階段。山東省氣象局自2009年以來，借助自己開發(fā)設計的校準方法和設備，已連續(xù)開展了多年采集器現場校準工作［1］。根據計量業(yè)務的要求，給出校準結果時必須附以測量不確定度，同時，在2012年頒布了新版的《JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示》，進一步規(guī)范了測量不確定度評定方法。因此，為了完善氣象計量校準工作，介紹了自動氣象站數據采集器氣溫通道校準結果的測量不確定度評定方法。

1　概述

根據采集器現場校準方法，以JJQ1型自動站信號模擬器（編號JJQ1-11.0007，已溯源）作為標準器，校準DZZ4型自動氣象站數據采集器（主采編號SCBH-1302.0099，溫濕度分采編號SCBH-1307.0111*）氣溫通道的示值誤差，校準點分別為-30℃，0℃和50℃。校準時信號模擬器由其內部電池供電，使用其電腦管理軟件控制信號輸出，用串口調試軟件讀取數據采集器通道校準示值，根據采集器現場校準方法中的步驟分別校準各點。

2　數學模型

被校準數據采集器的讀數值與標準器讀數值之差為通道示值誤差［2-3］。因此，數據采集器氣溫通道的誤差計算公式如下：

（1）式中，TΔ為氣溫通道在某一校準點的誤差；Tn為氣溫通道在某一校準點3次校準結果的算術平均值；Ts為信號模擬器氣溫通道在該校準點的標準值。

3　不確定度來源及其分量評定

根據測量模型，被校準數據采集器氣溫通道示值誤差的測量不確定度取決于測量重復性、輸入量Tn和標準器修正值ΔTs的不確定度［4-6］。

3.1測量重復性引入的標準不確定度uA

由測量重復性引入的標準不確定度uA，采用A類評定方法評定。

將信號模擬器氣溫通道的輸出信號設置為-30℃，對數據采集器氣溫通道進行3次重復校準，得到一組數據，同樣方法得到該通道0℃和50℃校準點的重復性測量結果，測量結果見表1。

表1　氣溫通道各校準點重復性測量結果 ℃

由于只測量了3次被校準采集器的示值，次數較少，故采用極差法計算其標準不確定度：

（2）式中，uA為測量重復性引入的不確定度；R為極差；C為極差系數；n為重復讀數次數。

在-30℃校準點，測量重復性引入的標準不確定度為：uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃；在0℃校準點，uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃；在50℃校準點，uA=0.02/（1.69×3）=0.0069℃。

3.2數據采集器引入的標準不確定度u（Tn）

由被校準數據采集器引入的標準不確定度u（Tn）主要是由數據采集器讀數修約和受環(huán)境氣溫的影響引入，均采用B類方法評定。

根據測量結果數據，數據采集器氣溫通道讀數修約到0.01℃，半寬為0.005℃，服從均勻分布，，則標準不確定度u1：

在數據采集器受環(huán)境氣溫的影響方面，參照DT50型數據采集器的試驗結果可知，將DT50數據采集器先后放在0℃和30℃的恒溫箱內，使用同一溫度信號對其校準，測得在-30℃，0℃和50℃三個校準點上，兩種環(huán)境氣溫中的校準結果最大偏差0.07℃，引用該數據，其半寬為0.035℃，假設服從均勻分布，，則標準不確定度u2關，所以由數據采集器引入的標準不確定度u為：

該項不確定度是由信號模擬器傳遞的不確定度引入的，包括信號模擬器的允許誤差、分辨力、校準環(huán)境氣溫變化。

信號模擬器的允許誤差引入的標準不確定度為u1（sTΔ），采用B類方法評定。根據JJQ1型信號模擬器使用說明書可知，其氣溫通道的最大允許誤差為±0.03℃，則其區(qū)間半寬為0.03℃，假設其服從均勻分布，，則標準不確定度u1（sTΔ）為：

信號模擬器的分辨力引入的標準不確定度為u2（sTΔ），采用B類方法評定。根據其使用說明書可知，其氣溫通道的分辨力為0.01℃，則其區(qū)間半寬為0.005℃，服從均勻分布，，則標準不確定度u2為：

數據采集器的讀數修約與其受溫度影響不相

由于環(huán)境氣溫變化影響引入的標準不確定度為u3（sTΔ）。根據信號模擬器的設計生產要求，由于氣溫變化對信號模擬器溫度輸出值的影響應符合信號模擬器的技術要求，因此該項不確定度包含在信號模擬器的允許誤差引入的標準不確定度u1（sTΔ）中。

而信號模擬器的允許誤差與其分辨力不相關，因此，由信號模擬器傳遞引起的標準不確定度u（sTΔ）為：

4　合成標準不確定度

合成標準不確定度uc為：

即：在-30℃，0℃和50℃三個校準點，合成標準不確定度均為：

5　擴展不確定度

合成標準不確定度一般服從正態(tài)分布，取包含因子k=2，則擴展不確定度U為：

（3）式中：U為擴展不確定度；k為包含因子；uc為合成標準不確定度。

則：在-30℃，0℃，50℃三個校準點，其擴展不確定度均為：U=0.058≈0.06℃，k=2。

6　測量不確定度報告

在環(huán)境氣溫為23℃、相對濕度為30%時，以JJQ1型自動氣象站信號模擬器（編號JJQ1-11.0007）作為標準器，校準DZZ4型自動氣象站數據采集器氣溫通道（主采編號SCBH-1302.0099，溫濕度分采編號SCBH-1307.0111*）各校準點的通道示值誤差。

在-30℃校準點，校準結果為TΔ=-0.02℃，擴展不確定度U=0.06℃，k=2。

在0℃校準點，校準結果為TΔ=-0.05℃，擴展不確定度U=0.06℃，k=2。

在50℃校準點，校準結果為TΔ=-0.06℃，擴展不確定度U=0.06℃，k=2。

7　結語

此文給出了自動氣象站數據采集器氣溫通道校準結果的測量不確定度評定方法，評定過程符合《JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示》的規(guī)定，評定結果滿足相關文件的要求。該方法為校準數據采集器其他模擬通道的測量不確定度評定工作給出了示例，進一步完善了氣象計量校準工作的程序與質量。

［1］ 韓廣魯，孫嫣，邊文超，等. CAWS600型自動氣象站采集器通道誤差修正［J］. 氣象科技，2012，40（5）：755-758.

［2］ 葉培德，趙峰，施昌顏，等. JJF1059.1-2012 測量不確定度評定與表示［S］. 北京：國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2013：8-27.

［3］ 杜文嵐. 數據采集器示值誤差測量不確定度的評定［J］. 科學咨詢，2010，（16）：72.

［4］ 王一麗，吳敏婕，朱劍平. 微弱直流電流表示值誤差測量結果的不確定度評定［J］. 中國計量，2014，（9）：91-92.

［5］ 楊云，丁蕾，權繼梅，等. 國產總輻射表檢定結果的不確定度分析［J］. 氣象科技，2012，40（1）：20-24.

［6］ 韓廣魯，邊文超，孫嫣，等. 雙翻斗雨量傳感器測量數據不確定度評定［J］. 氣象科技，2014，42（5）：773-776.

P414.5

B

1005-0582（2016）02-0071-03

2015-06-29

韓廣魯（1985—），男，陜西銅川人，碩士，工程師，主要從事氣象計量工作。