热工计量器具测量重复性的不确定度评定张西

张西

（国电科学技术研究院有限公司江苏南京210023）

摘要：本文中笔者结合自身多年从事热工计量器具测量重复性的不确定度评定研究的经验，通过参阅大量的专业书籍论著，从被测和标注重复性不确定度的合成、测量循环中的测量结果、重复性不确定度的表示、实验点的选择和读数方法和评定方法的选用等几个方面来进行阐述，希望以此文来抛砖引玉，唤起更多业界同行对热工计量器具测量重复性的不确定度评定的深入探讨。

关键词：热工计量器具测量重复性不确定度评定

测量重复性是衡量检定、校准可靠性的重要内容组成部分。鉴于不同的器具类型，在实际测定的过程中有着不同的技术要求标准，但确切地来讲，其所提供的不确定度是测量不确定度评定之中的一个必不可少部分，接下来笔者以热工计量器具测定为例子，通过对该类器具的检定、校准时重复性不确定度评定的相关分析与探究，希望给类似的不确定度评定提供相关的经验借鉴和参考。

1、被测和标注重复性不确定度的合成

被测和标注重复性不确定度的合成是在热工计量器具测量重复性的不确定度评定操作中十分重要的细节。在热工计量器具的比较测定过程当中，我们主要是借助于被检计量器具与作为标准的计量器具之间的比较来进一步判定被检的示值误差或分度关系。在测定源于重复性的不确定度时，有时候必须有被检与标准分别来测定，之后再将两者进行合成。但有时候仅需要由被检或标准中的一组测量结果进行评定，具体来讲，这主要是根据不同的计量器

具与测量方法来确定的，在下文中我们将分别展开讨论。

客观上来讲，被检与标准都具有分散性的特点，两组测量列中各个测量结果会出现不同程度的差异，针对这种现象，我们需要遵循的操作时分别测定它们各自的不确定度，接下来将两个测定量数值合并，例如标准温度灯等光学辐射测温仪器、电热偶、热电阻等都属于这一类型。

2、测量循环中的测量结果

测量循环中的测量结果必须要求具有一定的精准度。关于测量循环中的测量结果的测定，我们具体可以从下文中的要点来进行：大部分热工测量仪表的示值误差检定要求作正、反方向的测量，即从仪表测量下限开始增加输入信号，经过预先选定的各检定点到仪表测量上限，作为正向测量，之后再从测量的上限返回到测量下限来作为反向测量。

从整体上讲，正、反方向测量构成了测量循环。所以一个测量循环中的每个检定点能够获得正、反两个测量结果。在不确定的度测定的实验过程汇总，我们需要实施多次测量循环，才能够获得正、反向测量的两个测量列。在实验标准差核算中，我们必须要根据仪器对检定结果的要求来进一步判断选用单向或双向测量结果：

第一，当检定的结果不能够超过最大允许误差值时，我们操作人员需要选用单向测量结果来判定。第二，当要求给出的测量结果是平均值时，我们操作人员必须要采取双向测量结果来实施测定。重复性主要反映的是测量结果的随机效应，但客观上来讲，正、反向两个测量列中存在着不同的系统效应，从而使测量结果中会有随机效应的影响。

3、重复性不确定度的表示

重复性不确定度的表示有着严格的标准，因此为了保证数值的精准度，我们在实践中我们必须要依照相应的标准来进行。重复性条件下所得测量列的实验标准差S（Xi）可作单次(测量列中任何一次)测量结果X;的标准不确定度u（Xi）。当检定中测量次数为n时，其n次测量结果平均值i的标准不确定度为u（Xi）。

热工测量器具检定、分度中(最后)测量结果有的是以n次测量结果组成的一组测量值的平均值作为实际值，其不确定度应为n次测量结果平均值的不确定度，如热电偶、热电阻、玻璃温度计等，多是在每个检定点进行两个循环测量，四个循环测量n=4(或n=6)。另外，有的仪器(大多为工作用)，虽然检定时进行n次测量(读数)，但最终是以测量结果中示值误差最大的一个作为基本误差，并以此判定仪器是否合格。

根据这种要求，不确定度应以测量结果的实验标准差S（Xi）表示。如台式血压计检定、要求两次降压测量，相当于n=2；弹簧管式压力表检定时要作上、下行程两次测量，且每次测量要进行轻敲表壳前后两次读数，相当于n=4。尽管这些仪器的测量结果n≠1，但它们的示值基本误差是由单次测量结果(而不是平均值)来判定。因此，其实验标准差就是测量结果的不确定度。

4、实验点的选择和读数方法

实验点的选择和读数方法是基于测定的具体情况来定的。不同的实验点和读数方法选择需要考虑不同的情况。在进行热工计量仪器不确定度评定的过程中。在选择实验点时，我们操作人员需要全面统筹、综合考虑，将被检、标准、测量用的仪器、辅助设备等因素都核算进来。依据A类方法来评定重复性的不确定度时，我们操作人员必须要充分根据一系列仪器设备的工作原理、基本结构特点、读数装置等多方面进行考虑与权衡，从而在原则上以重复性大的点来作为实验点。

在实践中我们知道模拟式热工仪表因受到测量度数误差的影响，在接近测量表尺的上下限区间重复性造成的不确定度会大，尤其是弧形度盘的仪器更是这样。关于数字式热工仪表、线性量化误差大的点重复性要差。

在测量读数方面，我们通常采用的是将检测指示检定刻线，由标准进行读数较之由标准给出检定刻线，同一信号、而由被检进行读数的测量结果要准确。在为不确定度评定进行实验时所采用的测量读数方法应与相应的检定操作标准的要求保持统一性。

5、评定方法的选用

客观上来讲，不确定度的评定方法分为A类和B类，它只是评定方法的不同，分类的原则与不确定度产生原因没有任何联系。同一来源的分量可以采用A类也可采用B类。采用种方法视具体情况而定，以准确、可靠、方便、实用为准。A类评定是统计分析方法，它比B类评定更严格、更客观，但操作起来要复杂，而B类则相反。实践中两种方法可以相互变通，一般来说对源于测量重复性和复现性的不确定度多采用A类方法评定，但在要求不太严格而有条件的情况下也可采用B类方法进行评定。

如用两次测量结果之差平均值的重复性限或复现性限计算测量重复性或复现性的标准不确定度，即为按B类方法评定。在被检和标准两个测量列中各测量结果分别相等(即测量列中不能反映测量结果的分散性)，则应考虑它们的分辨力(数字式仪表)或估读误差(模拟式仪表)所贡献的不确定度，采用B类方法进行评定，即相当将A类评定转为B类评定。

6、结束语

综上所述，热工计量器具测量重复性的不确定度评定是一项较为复杂的操作，任何一个微小的误差都有可能造成结果的不同程度偏差。正因因此，我们操作人员在实际的热工计量器具测量重复性的不确定度评定操作过程中一定要严格把控，关注测定重点和细节，以保证热工计量器具测量重复性的不确定度评定结果的精准度，上述文章中笔者将自身多年多年积累的经验融入其中，希望以此来唤起广大业界同行的关注和重视，将热工计量器具测量重复性的不确定度评定工作开展好。

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