自动气象站HYAT型地温传感器检定的不确定度分析

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720088

摘要：本文依据气象检定规程要求和JJF10591999测量不确定度评定与要求，并根据检定数据，分别从标准器引入、稳定性、检定设备、数据修约等几个方面对HYAT型地温传感器进行不确定度分析，对自动气象站各要素传感器检定可信度评估具有指导意义。

关键词：自动气象站；地温传感器检定结果；不确定度分析

自动气象站是地面气象观测的重要组成部分，对自动站各要素传感器的计量检定工作已全面展开，为保证各传感器检定修正值准确可靠性，本文主要根据JJF10591999测量不确定度评定与要求，对HYAT型地温传感器检定进行不确定度的分析。

1 不确定度分析思路

（1）标准不确定度的 A类评定 。

指通过对测量数据进行统计分析来评定的不确定度。依据气象检定规程要求，自动气象站各要素传感器都是采用多点检定方法，每个点的修正值不能代替传感器的修正值，通过对各点修正值的标准偏差进行合成，得出该传感器A类不确定度。

（2）标准不确定度的 B类评定。

除统计方法得出不确定度以外的不确定度统称为B类不确定度，他的来源十分广泛，但各种类别的因素对于不确定度贡献值相差悬殊，为便于分析计算，又可反映主要特征，分析和确定不确定度分量来源十分重要。B类不确定度的一般来源包括如环境条件，标准器误差，数据修约、检定设备、技术参数等等，他们分量相互独立，通过合成得出B类不确定度。

（3）合成标准不确定度（A类和B类）。

通常用A类不确定度和B类不确定度的方和根表示。

（4）确定包含因子。

在实际工作中，扩展不确定度指的就是总不确定度，是用于定义测量区间的一个量，被测量的值采用某一置信水平（可能性）进入这个区间后，扩展不确定度就是该区间的半宽。通过合成不确定度，然后乘以一相应的包含因子后就会得到扩展不确定度。

（5）确定扩展不确定度。

扩展不确定度用于确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。

2 HYAT型地温传感器检定的不确定度分析

地温传感器检定自动化系统装置包括采集器、标准数字式铂电阻温度计、恒温液体检定槽及计算机系统。依据JJG（气象）0022011检定规程，选取5个温度点，分别为10℃、0℃、10℃、30℃、50℃，等到槽温升至规定的温度且稳定后，每30秒进行一次标准值和被测量温度传感器数值的读取（采集），一共连续采集4次，下面的各个温度检定点的示值进行读取（采集）的次数、读取（采集）数据间隔的时间、处理数据的方法均相同。用同样的方法检定10次，计算出每个温度点的误差值，用公式（1）计算每个温度点的标准偏差（℃）

UA=∑N[]i=1（ΔHi-ΔHi）2[]N-1（1）

用公式（2）求出合并样本标准偏差为被检地温传感器的A类标准不确定度：

UA合=∑5[]N=1UAN2[]N（2）

uA=0.011℃

通過以上计算，得出HYAT型地温传感器A类标准不确定度为0.011℃。

温度检定结果不确定度，确定标准为标准数字式铂电阻温度计修正值变化、恒温液体检定槽温度场波动度和均匀度、自动站采集器测量误差及计算机数据处理时的修约误差等。

标准器的不确定度从标准数字式铂电阻温度计的技术资料可知，在温度为30℃—80℃的范围内，最大允差：±（0.03～0.06） ℃。从国家气象计量站校准各检定点的测量误差值为0.02℃，给被检结果带来的误差服从均匀分布规律，取包含因子k=2，则由标准器引起的标准不确定度uB1=0.01℃。

恒温液体箱不均匀性带来不确定度，从江西省计量测试研究院对恒温液体箱检测工作区域内最大温差0.0324℃，产生的误差分量呈反正弦分布，取相应包含因子k=1.4，带来不确定度uB2=0.024℃。

采集器引入不确定度，分析自动站采集器CAWS 600B的数据采集精度指标，可知采集器地温通道最大测量误差是01℃，对各检定点产生的影响具有一定的均匀分布规律，取包含因子k=1.732，所以标准不确定度uB3=0.057℃。

计算机数据处理修约引起的不确定度分量。每个点计算出来的误差一般五舍六入取一位小数，通过上面对HYAT地温传感器检定的数据，计算找出修约值为0.05℃。取均匀分布K=1.73，修约引起的标准不确定度uB4为0.001℃。

根据B类标准不确定度评定结果，用式（3）求B类合成标准不确定度。

uB合=u2B1+u2B2...+u2Bn（3）

uB合=0.026℃

A类不确定度的分量加上B类不确定度的分量。用式（4）求合成标准不确定度。

uC=u2A+u2B合（4）

uC=0.028℃

依据规范，合成标准不确定度乘以包含因子得扩展不确定度，一般情况下扩展不确定度可视为均匀分布，则包含因子取k=1.73，用式（5）求扩展不确定度为：

U=kuc（5）

U=k×0.028℃=0.048℃

3 结语

保证自动气象站各要素传感器观测数据的准确性，是我们气象计量检定工作的职责。不确定度的评定对于我们气象计量工作是越来越重要，通过对HYAT型温度传感器的研究和分析，恒温液体检定槽内波动度，均匀度对温度传感器测量的影响最大，所以在不确定度的评定中，分析和确定不确定度的来源十分重要，分析它的来源一定要做到科学性和合理性。无论对标准不确定度的A或B类评定，如果采用等级不同的准确度标准器和对应的检定设备，那么获取的不确定度分析结果肯定不一样。所以，被检传感器的准确度相对很高时，可运用性能稳定、精确度高的可靠标准设备来检定，不然的话，就会造成被检传感器出现附加误差，被检传感器性能进而判断不公正和不科学。

参考文献：

[1]调温调湿箱校准证书.江西省计量测试研究院，2011（11）.

[2]施昌彦.测量不确定度评定与表示指南[M].中国计量出版社，2000.

作者简介：金锐（1971），男，汉族，江西省南昌市人，本科，高级工程师，从事气象工作。