電子秒表測(cè)量誤差的不確定度評(píng)定

(宿遷市計(jì)量測(cè)試所 江蘇 宿遷 223800)

電子秒表測(cè)量誤差的不確定度評(píng)定

劉小謎

(宿遷市計(jì)量測(cè)試所江蘇宿遷223800)

本文詳細(xì)敘述了用秒表檢定儀檢定秒表時(shí)，測(cè)量結(jié)果不確定度分析和評(píng)定的方法；分析了測(cè)量不確定度的幾個(gè)主要來(lái)源，通過(guò)一組實(shí)例，給出了秒表檢定不確定度的分析和評(píng)定過(guò)程。

秒表；秒表檢定；標(biāo)準(zhǔn)裝置；不確定度評(píng)定

一、引言

電子秒表是時(shí)間計(jì)量專(zhuān)業(yè)常用的計(jì)量器具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，與人們的日常生活密不可分。電子秒表使用過(guò)程中的準(zhǔn)確度也尤其重要。

本文主要討論和介紹使用秒表檢定儀檢定電子秒表時(shí)，其不確定度分析和評(píng)定的過(guò)程。

二、電子秒表的測(cè)量原理

電子秒表采用直接比較法用秒表檢定儀進(jìn)行檢定。秒表檢定儀是以石英振蕩器作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)分頻和各種數(shù)字電路，產(chǎn)生一定范圍的時(shí)間間隔作為標(biāo)準(zhǔn)源用來(lái)檢定機(jī)械秒表、電子秒表等多種計(jì)時(shí)器的多功能、綜合性的時(shí)間檢定自動(dòng)測(cè)試裝置。

檢定時(shí)將電子秒表安裝在秒表檢定儀的夾具上，通過(guò)秒表檢定儀上的啟停開(kāi)關(guān)及時(shí)間間隔設(shè)置按鍵輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔信號(hào)，通過(guò)打表機(jī)構(gòu)控制秒表的啟停，讀取秒表的示值，然后與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔相比較，計(jì)算出秒表的計(jì)時(shí)誤差。

三、測(cè)量不確定度的評(píng)定

1、概述

1.測(cè)量依據(jù)：JG237-2010《秒表檢定規(guī)程》

2.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：秒表檢定儀標(biāo)準(zhǔn)裝置型號(hào)：MBY-5；測(cè)量范圍：(1～99999.9)s

3.環(huán)境條件：溫度20℃，相對(duì)濕度：60%。

4.測(cè)量對(duì)象：電子秒表(型號(hào)：TS2102-2；編號(hào)：01)

5.測(cè)量過(guò)程：秒表檢定儀輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔信號(hào)，通過(guò)打表機(jī)構(gòu)控制電子秒表啟停，讀取秒表示值Y，并與標(biāo)準(zhǔn)值X1比較，獲得示值誤差X2。

2、數(shù)學(xué)模型

Y=X1+X2

3、不確定度來(lái)源分析

1.秒表檢定儀(包括打表機(jī)構(gòu))的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1包括

檢定儀時(shí)基引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u11

打表機(jī)構(gòu)動(dòng)作誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u12

2.偏移量χ2的不確定度u2包括

電子秒表讀數(shù)重復(fù)性u(píng)21

數(shù)字示值分辨力引入不確定度u22

4、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

1.檢定儀時(shí)基頻率準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u11

時(shí)基頻率準(zhǔn)確度引入的不確定度按照B類(lèi)評(píng)定方法獲得，根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)器的上級(jí)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書(shū)，可知檢定儀晶振頻率準(zhǔn)確度5×10-7。假定頻率誤差在其允許區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，輸出時(shí)段為86400s時(shí)，其不確定度為：

2.打表機(jī)構(gòu)動(dòng)作誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u12

3.被檢電子秒表讀數(shù)重復(fù)性u(píng)21

將電子秒表安裝在夾具上，秒表檢定儀輸出時(shí)間間隔10s，對(duì)電子秒表進(jìn)行十次測(cè)量，得到數(shù)據(jù)下個(gè)數(shù)據(jù)為：10.00s，10.00s，10.00s，10.00s，10.00s，10.00s，10.00s，10.00s，10.01s，10.00s。

由此得出單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S=3.16ms,由于秒表檢定時(shí)的測(cè)量結(jié)果是由單次測(cè)量得到的，所以電子秒表的重復(fù)性為單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，所以：u21=s=3.16ms

4.數(shù)字示值分辨力引入不確定度u22

由于被檢電子秒表的分辨力0.01s，屬于均勻分布，由此可知

當(dāng)由重復(fù)性所引入的不確定分量大于被測(cè)儀器的分辨力所引入的不確定度分量時(shí)，此時(shí)重復(fù)性已經(jīng)包含分辨力對(duì)測(cè)得值的影響，故不應(yīng)該再考慮分辨力所引入的不確定度分量。

由于u21>u22,所以不再考慮分辨力引入的不確定度分量。

5、不確定度分量一覽表

不確定度來(lái)源靈敏系數(shù)不確定度分量時(shí)基頻率準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u11125ms打表機(jī)構(gòu)動(dòng)作誤差引入的不確定度分量u1211.73ms重復(fù)性引入的不確定度分量u2113.16ms

6、各分量互不相關(guān),故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

7、擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：

U=k×uc=2×25.26ms=50.52ms k=2

四、總結(jié)

在評(píng)定電子秒表測(cè)量誤差的不確定度時(shí)應(yīng)充分考慮各種因素，并對(duì)其進(jìn)行必要的驗(yàn)證，定期進(jìn)行復(fù)查，這樣有利于控制檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的質(zhì)量和提高實(shí)驗(yàn)室的綜合能力。

[1]國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示(JJF 1059.1-2012).北京：中國(guó)計(jì)量出版社.2012

[2]國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫局.秒表檢定規(guī)程(JJG237-2010).北京：中國(guó)計(jì)量出版社.2010