怎樣在低溫下校準(zhǔn)瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯準(zhǔn)備不確定性預(yù)算？

      參考探頭：鎧裝瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯?，帶參考結(jié)

      讀數(shù)：帶有DAQ-STAQ多路復(fù)用器的1586A Super-DAQ精密溫度掃描儀

      溫度源：瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯校準(zhǔn)爐

      圖1給出了不確定性預(yù)算示例，它提供了一種匯總一些最不確定的系統(tǒng)不確定因素的方法。已為每個不確定性提供了代碼，并提供了相應(yīng)的討論。這種不確定性分析是全面的，但對于一般技術(shù)人員而言是簡化的，因此，可能需要與您當(dāng)?shù)氐腘MI（國家計量學(xué)院）協(xié)商以獲取更多詳細(xì)信息或與認(rèn)可機構(gòu)（對于認(rèn)可的校準(zhǔn)實驗室）進(jìn)行協(xié)商。

      以下不確定性分析以標(biāo)準(zhǔn)形式和擴展形式列出了每個不確定性。標(biāo)準(zhǔn)和擴展之間的區(qū)別在于，標(biāo)準(zhǔn)不確定性已乘以某個覆蓋率（通常以k值的形式表示），成為擴展不確定性?；蛘?，將不確定性除以轉(zhuǎn)換因子，以估算其標(biāo)準(zhǔn)不確定度（k = 1）值。k值對應(yīng)于置信區(qū)間。例如，在大多數(shù)情況下，k = 2對應(yīng)于2西格瑪或95％置信區(qū)間。

測量噪聲

      測量噪聲是由噪聲或測量讀數(shù)的不穩(wěn)定性引起的不確定性，每個測量點均基于30個或更多讀數(shù)或樣本的平均值或平均值。通過將30個樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以n的平方根（n = 30），可以計算出30個讀數(shù)的噪聲或不穩(wěn)定性的不確定性，該計算通常稱為均值標(biāo)準(zhǔn)誤差。通常，測量噪聲涵蓋了讀數(shù)噪聲和熱源不穩(wěn)定性。制造商關(guān)于熱源穩(wěn)定性的規(guī)格可能相似，但是最好進(jìn)行測量并監(jiān)視實際標(biāo)準(zhǔn)偏差，以確保滿足不確定性分析要求。

      每次進(jìn)行測量時，可以將實際測量標(biāo)準(zhǔn)偏差或相應(yīng)的均值標(biāo)準(zhǔn)誤差輸入不確定性分析，也可以將測量噪聲極限分配給每個測量點。在極限情況下，將對測量進(jìn)行監(jiān)控，以驗證穩(wěn)定性（標(biāo)準(zhǔn)偏差）是否滿足不確定性分析中規(guī)定的極限。在此示例中，我們將使用標(biāo)準(zhǔn)偏差極限。

      以下等式演示了如何進(jìn)行此計算：

      UA1：測量噪聲引起的不確定度（°C）

      s：測量標(biāo)準(zhǔn)偏差（°C）

      n：樣本數(shù)量（30個或更多）

      提示：如果讀數(shù)以電壓（mV）為單位，則將UA1除以熱電偶的靈敏度，以轉(zhuǎn)換為溫度（°C）。

檢查標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計

      檢查標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計量表明校準(zhǔn)過程的穩(wěn)定性，最好將檢查標(biāo)準(zhǔn)探針與UUT一起測量。檢查標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果繪制在控制圖中并進(jìn)行分析，以確保不會發(fā)生意外錯誤。檢查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)類似于UUT，以便過程中的更改將以相同的方式影響檢查標(biāo)準(zhǔn)和UUT。由非貴金屬材料制成的檢查標(biāo)準(zhǔn)可能無法充分重復(fù)，以表明校準(zhǔn)過程的長期穩(wěn)定性，建議使用高質(zhì)量的熱電偶作為檢查標(biāo)準(zhǔn)。

      輸入不確定度分析的值是隨時間推移檢查標(biāo)準(zhǔn)測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。七個檢查標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算為0.011°C，可以將其輸入到不確定性分析中，但是最好繼續(xù)添加更多讀數(shù)并更新“檢查標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計”組件，直到計數(shù)達(dá)到30或更大。該編號還用于在檢查標(biāo)準(zhǔn)控制圖上建立控制線，將標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）值乘以2或3，以建立2-σ或3-σ控制線，具體取決于您的要求。

      讀數(shù)精度適用于參考探頭和UUT，以下計算演示了如何將典型的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯規(guī)格轉(zhuǎn)換為可輸入不確定性分析的值。由于大多數(shù)瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯讀數(shù)是根據(jù)電壓精度指定的，因此以下公式將電壓不確定度轉(zhuǎn)換為溫度：

      UT（°C）：等效溫度不確定度

      UV：電壓測量不確定度

      SMJ：測量結(jié)溫時的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯靈敏度

      提示：使用瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯電壓表計算SMJ。它是每1°C的變化電壓（mV）（ΔV/ΔT）。

      參考探頭的1586A讀數(shù)精度為：

      1586A電壓精度規(guī)格為0.004％+ 4μV（讀數(shù)的百分比，k = 2），注意：為在DAQ-STAQ掃描儀通道上測量的UUT增加2μV。

溫度是1000°C

      1000°C下的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯電壓為9.6 mV，在此范圍內(nèi)的指定電壓精度為±0.0022 mV（k = 1），請參見以下公式：

      上自儀三廠瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯在1000°C時的靈敏度為±0.0115 mV /°C

      讀數(shù)精度通過以下方式轉(zhuǎn)換為溫度單位：

      參考結(jié)可以是外部的或內(nèi)部的。在此示例中，使用了外部基準(zhǔn)結(jié)，外部基準(zhǔn)結(jié)的不確定性取決于所用設(shè)備的類型。大多數(shù)實驗室使用0oC溫度源，例如冰浴或類似Fluke 9101零點干井的干井。與冰浴相關(guān)的不確定性可以低至幾mK，但這需要仔細(xì)的技術(shù)并且可能很復(fù)雜。初級溫度校準(zhǔn)實驗室使用一種簡化的方法，即用刨冰和自來水建造一個冰浴，但使用熱敏電阻探頭和讀數(shù)來監(jiān)控溫度。這種方法的不確定性基于冰浴的可接受溫度范圍，即0oC±0.025oC。要建立不確定性較低的冰浴，

      以下公式用于計算有效的基準(zhǔn)結(jié)溫度不確定度。在測量瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯時，兩個結(jié)點都有助于測量。因此，將參考結(jié)的不確定度乘以參考結(jié)和測量結(jié)的溫度下的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯靈敏度值（塞貝克）的比率，即可計算出有效的參考結(jié)不確定度。

      URJ_Effective：有效基準(zhǔn)結(jié)溫度不確定度

      URJ：參考結(jié)不確定度

      SMJ：測量結(jié)溫時的熱電偶靈敏度

      SRJ：參考結(jié)溫下的熱電偶靈敏度

      在此示例中，基準(zhǔn)結(jié)的溫度不確定度為：

      —溫度是1000°C

      —參考結(jié)精度為0.025°C

      —熱電偶在1000°C時的靈敏度為0.0115 mV /oC

      —熱電偶在25°C時的靈敏度為0.006 mV /°C

      —等效溫度不確定度為0.013°C

以下將不確定性轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)不確定性：   在此示例中，使用以下公式計算內(nèi)部參考結(jié)的相應(yīng)不確定度。

      URJ_Effective：有效基準(zhǔn)結(jié)溫度不確定度

      URJ：參考結(jié)不確定度

      SMJ：測量結(jié)溫時的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯靈敏度

      SRJ：參考結(jié)溫下的瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯靈敏度

      在此示例中，內(nèi)部參考結(jié)的溫度不確定度為：

      —溫度為1000oC

      —1586A內(nèi)部基準(zhǔn)結(jié)精度為0.25（k = 2）或0.13（k = 1）oC

      —瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯在1000oC時的靈敏度為0.0115 mV /oC

      —瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯在25oC時的靈敏度為0.006 mV /oC

      —等效溫度不確定度的計算公式如下：

      —等效溫度不確定度的計算公式如下：

參考探頭校準(zhǔn)不確定度

      這種不確定性直接從參考探針的校準(zhǔn)證書中轉(zhuǎn)移。如果證書上未列出特定溫度點的不確定度，則必須進(jìn)行計算。向校準(zhǔn)提供者咨詢有關(guān)如何執(zhí)行此計算的建議，一個安全的但通常被高估的近似值是在兩個周圍報告的溫度點中選擇較高的不確定性。如果參考探頭是瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯，請確?？紤]到不均勻性。如果校準(zhǔn)不確定性不能解決不均勻性，則重要的是要包括一個額外的不確定性分量以解決這一問題。

參考探頭長期漂移

      參考探頭的長期漂移可能很難確定。制造商可以根據(jù)在最高溫度下一定使用小時數(shù)的值來指定長期漂移，這實際上僅解決了材料老化問題，并未涵蓋其他漂移源，例如處理機械沖擊和溫度循環(huán)。從制造商的長期漂移規(guī)范開始是合適的，但是監(jiān)視探頭的漂移很重要。

      允許的長期漂移為±0.10°C（除以3的平方根即可轉(zhuǎn)換為±0.06°C，k = 1）

爐膛軸向均勻度和徑向均勻度

      爐內(nèi)不確定性分析的主要因素是穩(wěn)定性和均勻性。在A1和A2測量噪聲中已經(jīng)考慮了穩(wěn)定性，因為這種不確定性描述了校準(zhǔn)系統(tǒng)的一般噪聲，包括爐子的穩(wěn)定性。均勻性分為兩部分：徑向（孔與孔）和軸向（進(jìn)入平衡塊的不同深度的梯度）。這些由制造商指定，并在圖中列出。您可以依靠這些數(shù)字作為初步的不確定性預(yù)算，但是最佳實踐表明必須對其進(jìn)行驗證。在某些情況下，由于瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯的性能優(yōu)于制造商的規(guī)定，不確定性可能會降低。要估算1000°C時的均勻度值，請使用針對700°C和1200°C規(guī)定的值并進(jìn)行線性插值。制造商規(guī)定的1000°C均勻度為：軸向±0.20°C（k = 2）或±0.10°C（k = 1）和徑向0.23°C（k = 2）或±0.12°C（k = 1）

結(jié)合不確定性

      為了合并所有瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯不確定性組件，必須首先將它們轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)不確定性。為此，了解每種不確定性的類型（分布）非常重要，這樣才能進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)換計算。在此不確定性分析中，表中存在兩種不確定性：正態(tài)分布和矩形分布。正態(tài)分布不確定性是傾向于在中心獲得最大結(jié)果的不確定性，因此分布的形狀像鐘形曲線。矩形分布具有相等的可能性，即結(jié)果將駐留在限制內(nèi)的任何位置，因此該分布的形狀為矩形，通常將過程限制（例如長期允許的漂移）分配為矩形分布。如果不知道分布是什么，可以安全地假設(shè)它是矩形分布。

      要將擴展的（k = 2或k = 3）正態(tài)分布轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)不確定性（k = 1）形式，只需將其除以k值即可。要將矩形不確定度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)形式，請除以3的平方根。要轉(zhuǎn)換其他類型的不確定度分布，請參考GUM（測量不確定度指南）或有關(guān)如何計算的其他可靠信息來源不確定性。

      最后，為了結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)不確定度以計算總不確定度，重要的是要知道每個不確定度是獨立的還是相關(guān)的。獨立的不確定性是與其他不確定性沒有共同點的不確定性，可以使用均方根（RSS）將所有獨立的不確定性合并或相加。相關(guān)不確定性意味著它與一種或多種其他不確定性具有某種類型的相關(guān)性或關(guān)系，經(jīng)?？梢詫⑾嚓P(guān)的不確定性與簡單的相加，然后通過RSS將其總和與其他不確定性相加。有時會使用更復(fù)雜的計算相關(guān)性的技術(shù)，但是這種不確定性分析并不需要這樣做。

      在此不確定性分析中，由于使用同一瓊酥黃酒測溫鉑電阻芯測量參考探頭和UUT，因此1586A讀數(shù)精度不確定性是相關(guān)的。因此，首先通過簡單的添加將它們添加，然后使用RSS與其他元素組合。在計算出總標(biāo)準(zhǔn)不確定度后，將其乘以所需的覆蓋因子（在本例中為2），對于k = 2（95％），得出總擴展不確定性。