文 | 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 盧兆明上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院 胡紅暉

氣候試驗(yàn)箱內(nèi)部條件不確定度計(jì)算（上）

文 | 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 盧兆明上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院 胡紅暉

不確定度；計(jì)算；濕度；溫度；試驗(yàn)箱；氣候；條件

1.言

現(xiàn)行有效的GB2423_IEC60068-2系列標(biāo)準(zhǔn)與溫度試驗(yàn)相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)都提出了試驗(yàn)不確定度評(píng)定、描述試驗(yàn)條件的要求。IEC已發(fā)布了若干與試驗(yàn)箱內(nèi)部環(huán)境條件不確定度評(píng)定有關(guān)的導(dǎo)則、背景材料和技術(shù)支撐性文件，全國(guó)環(huán)境條件與環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（環(huán)標(biāo)委）已經(jīng)著手立項(xiàng)起草相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

要準(zhǔn)確再現(xiàn)或重復(fù)一個(gè)溫度/濕度試驗(yàn)過(guò)程，對(duì)受試樣品的受試環(huán)境條件僅通過(guò)試驗(yàn)箱的控制顯示讀數(shù)或記錄是不夠的。需要用不確定度評(píng)定來(lái)描述受試樣品在溫度/濕度試驗(yàn)箱內(nèi)部處于試驗(yàn)過(guò)程中的溫度試驗(yàn)條件。當(dāng)這些條件的不確定度要素處于相同水平的試驗(yàn)，其結(jié)果才具有實(shí)際意義上的可比性。尤其對(duì)研發(fā)驗(yàn)證或是質(zhì)量評(píng)定都是客觀和必須的。

用于試驗(yàn)的溫度試驗(yàn)箱和濕熱試驗(yàn)箱一般都經(jīng)過(guò)定期的校準(zhǔn)或檢定，具有有效期內(nèi)的合格證書(shū)。按照現(xiàn)行的校準(zhǔn)或檢定規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)出具的證書(shū)，即使給出了不確定度，也無(wú)法描述某樣經(jīng)受的真實(shí)試驗(yàn)環(huán)境。在試驗(yàn)中，試驗(yàn)箱內(nèi)建立的氣候試驗(yàn)條件，由于樣品的形狀、數(shù)量、加載等擾動(dòng)因數(shù)對(duì)環(huán)境條件的影響生成的不確定因素是周期檢定和證書(shū)無(wú)法體現(xiàn)的。

GB/T2424.5_IEC 60068-3-5（IDT）溫度試驗(yàn)箱性能確認(rèn)和GB/T2424.6_IEC 60068-3-6（IDT）溫度/濕度試驗(yàn)箱性能確認(rèn)二項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)箱內(nèi)部條件測(cè)量的方法；GB/T5170系列標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的檢定規(guī)程，但都沒(méi)有關(guān)于不確定度的描述。在進(jìn)行不確定度測(cè)量時(shí)，基本上還是應(yīng)該遵照這些規(guī)范。然而對(duì)試驗(yàn)樣品加載條件進(jìn)行不確定度評(píng)定所需要的措施，如傳感器的布置等，還是要有所適應(yīng)。

2.個(gè)概念

2.1.確定度，誤差和“真值”

無(wú)論如何注意，都可以對(duì)測(cè)量的結(jié)果提出或留有疑問(wèn)。在簡(jiǎn)單的項(xiàng)目中，測(cè)試的不確定度是對(duì)測(cè)試結(jié)果的量化。

當(dāng)討論不確定度時(shí)，我們經(jīng)常需要考慮“誤差”。測(cè)量誤差是測(cè)量值和測(cè)量的真值間不同的相關(guān)且又分開(kāi)的兩個(gè)概念。

所有量的“真值”在原理上是不可獲得的。將測(cè)量結(jié)果減去“真值”定義“誤差”會(huì)引出一些問(wèn)題。有時(shí)是可以進(jìn)行分析和評(píng)估的。最好盡可能地消除這兩項(xiàng)，當(dāng)必須使用時(shí)應(yīng)予以注意?！罢`差分析”的討論，應(yīng)包括許多科學(xué)論文、誤差極限分析或更完整的“不確定度分析”。準(zhǔn)確、適當(dāng)?shù)厥褂谩安淮_定度”可以準(zhǔn)確地解釋“誤差”。

不確定度與誤差是不同的。如果用校準(zhǔn)器具測(cè)量試驗(yàn)箱內(nèi)的條件的結(jié)果是75%RH，此時(shí)試驗(yàn)箱的控制儀顯示90%RH，并不能認(rèn)為此時(shí)的不確定度為15%RH。實(shí)際上知道真的是75%RH。那就可以認(rèn)為，不是控制儀讀數(shù)錯(cuò)，就是試驗(yàn)箱工作異常。對(duì)75%RH存在的誤差，有多少？用不確定度可以對(duì)75%RH測(cè)量值進(jìn)行特征表述。

當(dāng)用到“真值”、不確定度和誤差，最重要的信息來(lái)源是校準(zhǔn)儀器的證書(shū)。如果要獲得試驗(yàn)最好的不確定度評(píng)估，這些信息必須是完整的。

2.2.確定度的表述

把測(cè)量結(jié)果組成報(bào)告時(shí)，應(yīng)具備測(cè)量值、修正值和對(duì)每個(gè)結(jié)果所處測(cè)量點(diǎn)的描述等三個(gè)要素。以“真值”是39.1°C± 0.3 K，95%置信水平為例，完整的表述如下：

-39.1°C是真值的最好估值；

-±0.3 K是置信區(qū)間；

-95%是置信水平。

說(shuō)明文字由以下三部分元素組成。

a)測(cè)量數(shù)量的真值的最好估值 通常最簡(jiǎn)單的是查閱儀器的校準(zhǔn)說(shuō)明材料，對(duì)氣候試驗(yàn)情況是指溫度測(cè)量系統(tǒng)和/或濕度計(jì)，或者是經(jīng)校準(zhǔn)的試驗(yàn)箱控制儀的顯示。如果對(duì)儀器或試驗(yàn)箱控制器的校準(zhǔn)中出現(xiàn)誤差（這不是不確定度），就應(yīng)該采用修正。例如，如果溫度校準(zhǔn)顯示偏高1K，1K就應(yīng)從真值的最好估值讀數(shù)中減去。

b)置信區(qū)間 這是測(cè)量“真值”給出置信水平的范圍。以前面示例的區(qū)間為±0.3 K。

c)置信水平 “置信水平”用數(shù)值（如95%）表達(dá)了測(cè)量結(jié)果的置信程度。是真實(shí)“真值”所在范圍的概率。大部分?jǐn)?shù)據(jù)組合通常是分散的，大約有68%的數(shù)值落在正負(fù)1標(biāo)準(zhǔn)差的中間區(qū)內(nèi)。大約有95%的數(shù)值落在正負(fù)2標(biāo)準(zhǔn)差的區(qū)間內(nèi)（95%置信水平）。另一方面，當(dāng)許多測(cè)量沒(méi)有超過(guò)1/20時(shí)，將從狀態(tài)限制中剔除。因此，乘標(biāo)準(zhǔn)差2是量值范圍為95%的公認(rèn)方法。對(duì)于95%的置信水平，當(dāng)然可以確定“真值”落在要求的范圍內(nèi)。

95%是常規(guī)采用的置信水平?？梢允褂酶叩闹眯潘?，置信度區(qū)間將增加。

d)不確定度的表述 上述示例溫度39.1°C±0.3K，置信水平95%的不確定度表述為：39.1°C是溫度的最好估值；因?yàn)橹眯潘綖?5%，其不確定的可能范圍在38.8°C至39.4°C之間。

2.3.成不確定度

為了有助于不確定度表達(dá)，在將要素合成之前，應(yīng)規(guī)置在相同的單位和置信水平上。所有表達(dá)應(yīng)該轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度（例如，有正負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差）。在7 溫度測(cè)量的總不確定度和8相對(duì)濕度測(cè)量的總不確定度中將進(jìn)一步討論。

3.差

當(dāng)進(jìn)行一個(gè)環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，試驗(yàn)規(guī)范通常給出要求條件和一組容差，如±2°C和±5%RH。這是對(duì)對(duì)試驗(yàn)箱能否完成并保持要求的試驗(yàn)條件提出的要求。對(duì)于容差，有必要對(duì)經(jīng)測(cè)量的試驗(yàn)箱進(jìn)行不確定度評(píng)估。

容差與不確定度是不同的。容差是由程序或產(chǎn)品確定的可接受的極限。大多數(shù)情況下，通過(guò)試驗(yàn)箱的性能決定的容差指向不確定度?？紤]將要求條件的背離，用不確定度集合起來(lái)。不確定度表述的數(shù)值39.1°C± 0.3 K，置信水平95%，真實(shí)的溫度就一定在38.8°C至 39.4°C之間，確定性在95%之內(nèi)。

如果要求的條件是40°C±2K，與其溫度真值相應(yīng)的容差概率要好于95%置信水平，因?yàn)橥暾闹眯艆^(qū)間確定了容差的范圍。

如果測(cè)量的濕度是81.7%RH，置信區(qū)間是±3.6%RH時(shí)置信水平95%，那么可以確定濕度的真值在78.1%RH在85.3%RH之間。如果要求條件為85±5%RH，盡管測(cè)量條件在范圍內(nèi)，關(guān)注的設(shè)置點(diǎn)濕度真值在±5%RH置信度的概率低于95%，這是因?yàn)橹眯欧秶c容差范圍不吻合。

4.度和溫度的測(cè)量

當(dāng)測(cè)量濕度時(shí)可以采用許多方法。通常假設(shè)通過(guò)試驗(yàn)箱空氣中的水蒸氣保有量是恒定的。

這是一個(gè)合理的假設(shè)，在按常規(guī)確認(rèn)的試驗(yàn)箱用多點(diǎn)方法人工測(cè)量濕度。然而，并不就是相對(duì)濕度。

露點(diǎn)與蒸氣壓直接相關(guān)，在試驗(yàn)箱且受溫度的影響。在日常試驗(yàn)中，可能僅在一個(gè)地方測(cè)量濕度。然而在一些點(diǎn)上，無(wú)論在試驗(yàn)期間或試驗(yàn)箱運(yùn)行在類(lèi)似的條件下，至少應(yīng)該在二個(gè)地方測(cè)量濕度。這樣才能賦值，對(duì)均衡空氣的蒸汽容量進(jìn)行不確定度評(píng)估。

對(duì)大多數(shù)環(huán)境試驗(yàn)是以相對(duì)濕度規(guī)定試驗(yàn)濕度要求的。

相對(duì)濕度的建立是由許多有機(jī)材料的參數(shù)確定的。諸如塑料和木材的膨脹的物理特性、生物學(xué)的活躍性、電阻抗和腐蝕速率等會(huì)受到相對(duì)濕度的影響產(chǎn)生變化。

在同一試驗(yàn)箱內(nèi)的蒸汽壓力通常是幾乎是一致的。

當(dāng)空氣徹底地被擾動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)箱內(nèi)各位置間的溫度存在差異，盡管蒸汽壓力通常是幾乎是一致的，溫度的不同還是會(huì)引起相對(duì)濕度的差異。

可以用各式濕度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，但通常使用是下列三種類(lèi)型：

-露點(diǎn)（dp）濕度計(jì)（鏡面法）；

-干濕球濕度計(jì)(wet/dry)；或

-相對(duì)濕度探測(cè)儀。

5.定氣候試驗(yàn)箱不確定度的方法

確定氣候試驗(yàn)箱的條件，有3種基本的方法。這3種方法分別用于試驗(yàn)的不同類(lèi)型的不同要求，還有不同的理由和各自的步驟。圖1示例了這些方法。

5.1.箱條件 試驗(yàn)箱在不帶受試樣品的情況下進(jìn)行測(cè)量。

有利條件

a) 對(duì)整個(gè)工作空間進(jìn)行了校準(zhǔn)；

b) 校準(zhǔn)可以維持1年或2年；

c) 不因負(fù)載變化而需要重新校準(zhǔn)；

d) 試驗(yàn)箱條件的適用性評(píng)估不受試驗(yàn)樣品影響；

e) 低成本。一套校準(zhǔn)儀器可以滿足許多試驗(yàn)箱。

不利條件

a) 雖然受試樣品受試驗(yàn)箱的影響非常小乃至可以忽略，受試樣品的結(jié)果難以量化。致使對(duì)負(fù)載的結(jié)果的不確定度進(jìn)行賦值非常困難；

b) 對(duì)散熱受試樣品的結(jié)果的量化非常困難；

c) 對(duì)試驗(yàn)箱的控制儀的偏移、判定和再現(xiàn)應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，還包括對(duì)這些影響進(jìn)行不確定度計(jì)算；

5.2.典型負(fù)載 試驗(yàn)箱帶典型負(fù)載進(jìn)行校準(zhǔn)是理想的，非常類(lèi)似試驗(yàn)的再現(xiàn)。

有利條件

a) 可以準(zhǔn)確地進(jìn)行評(píng)估負(fù)載對(duì)試驗(yàn)箱控制的影響，并不考慮試驗(yàn)樣品的未知應(yīng)力的影響；

b) 可以優(yōu)先選擇產(chǎn)生滿意的條件最小適用的試驗(yàn)箱用于試驗(yàn)；

c) 傳感器的精心布置可以給出靠近負(fù)載部分的詳細(xì)信息；

d) 可以量化負(fù)載不規(guī)則的耗散；

e) 相關(guān)成本較低，一套試驗(yàn)箱測(cè)試儀器可用于多個(gè)試驗(yàn)箱。

不利條件

a) 當(dāng)試驗(yàn)樣品需要關(guān)注時(shí)，需要重新校準(zhǔn)試驗(yàn)箱；

b) 對(duì)試驗(yàn)箱的控制儀的偏移、判定和再現(xiàn)應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，還包括對(duì)這些影響進(jìn)行不確定度計(jì)算。

5.3.試驗(yàn)期間測(cè)量 在試驗(yàn)箱帶受試樣品負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

有利條件

a) 當(dāng)不同負(fù)載的類(lèi)型和進(jìn)行不同的試驗(yàn)時(shí)是理想的方法，可以對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目中條件的測(cè)量值給出最好的評(píng)估；

b) 試驗(yàn)箱可以對(duì)負(fù)載的影響進(jìn)行精確的評(píng)估；

c) 不需對(duì)試驗(yàn)箱歷次校準(zhǔn)的偏移進(jìn)行評(píng)估；

d) 傳感器的精心布置可以給出靠近負(fù)載部分的詳細(xì)信息；

e) 可以量化負(fù)載不規(guī)則的耗散；

f) 是一種經(jīng)濟(jì)的方法，因?yàn)椴恍枰獙?duì)試驗(yàn)箱的條件進(jìn)行校準(zhǔn)。

不利條件

a) 所有試驗(yàn)都需要測(cè)量?jī)x器；

b) 所有試驗(yàn)都應(yīng)計(jì)算不確定度；

c) 是一種高成本的方法，因?yàn)檎麄€(gè)試驗(yàn)過(guò)程都需要用到測(cè)量?jī)x器。

5.4.量的條件

打算進(jìn)行試驗(yàn)箱內(nèi)部條件不確定度評(píng)定的測(cè)量時(shí)，如果對(duì)內(nèi)部條件會(huì)有若干個(gè)測(cè)量。作為選擇，對(duì)試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)可以針對(duì)試驗(yàn)箱可預(yù)見(jiàn)的試驗(yàn)條件進(jìn)行。然而在實(shí)際情況下，并非每個(gè)試驗(yàn)使用的條件都有必要校準(zhǔn)。

如果不能對(duì)試驗(yàn)箱可預(yù)見(jiàn)的試驗(yàn)條件有一定的測(cè)量次數(shù)，所有的測(cè)量序列和分析應(yīng)該至少對(duì)覆蓋使用的范圍進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量。GB/T2424.6_IEC 60068-3-6 給出了評(píng)估的示例。

僅對(duì)溫度（將濕度OFF）應(yīng)包括足夠多的測(cè)量點(diǎn)覆蓋：

-最高溫度；

-最低溫度；

-在致冷開(kāi)狀態(tài)，至少兩個(gè)溫度點(diǎn)；

-在致熱開(kāi)狀態(tài)，至少兩個(gè)溫度點(diǎn)。

對(duì)上述增加溫度測(cè)量，測(cè)量至少應(yīng)有兩個(gè)對(duì)濕度值的測(cè)量，覆蓋上述試驗(yàn)條件濕度試驗(yàn)的范圍。

測(cè)量必須有足夠多的次數(shù)，因?yàn)榭刂苾x對(duì)試驗(yàn)箱的每個(gè)濕度和溫度都會(huì)有不同的梯度和波動(dòng)。濕度系統(tǒng)啟用時(shí)，溫度控制效果通常會(huì)變差。

如果試驗(yàn)箱僅用于若干規(guī)定的組合點(diǎn)，那么，就校準(zhǔn)這幾個(gè)點(diǎn)。

當(dāng)試驗(yàn)并不處于某個(gè)校準(zhǔn)值時(shí)，就有必要再兩個(gè)校準(zhǔn)值間插入。插入應(yīng)合理適宜：

-校準(zhǔn)值與試驗(yàn)值相當(dāng)?shù)慕咏?/p>

-服務(wù)應(yīng)用與每個(gè)校準(zhǔn)值（致冷、減濕、加熱，等）相同。

5.5.量的要求

對(duì)所有的測(cè)量方法的測(cè)量要求是相同的，就是測(cè)量物質(zhì)的組合和對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析。

a)溫度 對(duì)于溫度測(cè)量，用溫度傳感器在溫度試驗(yàn)箱內(nèi)分布排列溫度測(cè)量點(diǎn)。GB/T2424.5_IEC 60068-3-5和GB/T5170系列標(biāo)準(zhǔn)給出了測(cè)量的方法，但沒(méi)有涉及不確定度，而且僅適用于空載試驗(yàn)箱。

對(duì)于空載試驗(yàn)箱，通常將8個(gè)傳感器布置在工作空間的角上，第9個(gè)傳感器布置在工作空間的中心位置。對(duì)大試驗(yàn)箱則可能需要更多傳感器。

對(duì)于典型負(fù)載或試驗(yàn)應(yīng)用，通常使用8個(gè)傳感器，在目標(biāo)的每個(gè)角上布置1個(gè)。對(duì)較小的試驗(yàn)對(duì)象，較少的傳感器就夠了，但至少要使用4個(gè)傳感器。對(duì)大型的、外形少見(jiàn)的或特型的試驗(yàn)對(duì)象應(yīng)予以特別關(guān)注，應(yīng)該根據(jù)需要布置傳感器。

對(duì)于散熱型試驗(yàn)樣品，通常作為試驗(yàn)報(bào)告感興趣的條件也要使用額外的傳感器用于測(cè)量空氣的溫度，但對(duì)于來(lái)自受試樣品溫度測(cè)量的位置和結(jié)果應(yīng)能量化。

b)濕度 對(duì)于濕度測(cè)量，將濕度計(jì)置于測(cè)量對(duì)象空氣的中心位置或空載試驗(yàn)箱的中心?？梢允褂萌魏晤?lèi)型的濕度計(jì)，但大多數(shù)情況下采用相對(duì)濕度傳感器、干濕球濕度計(jì)或冷鏡濕度計(jì)。假定蒸汽壓力在試驗(yàn)箱內(nèi)處處相等；相對(duì)濕度可以通過(guò)蒸汽壓力和通過(guò)每個(gè)傳感器測(cè)量溫度經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得。蒸汽壓力則可以通過(guò)濕度和溫度測(cè)量進(jìn)行計(jì)算獲得。

對(duì)于每個(gè)條件，蒸汽壓力梯度的測(cè)量，對(duì)其變化應(yīng)能進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而進(jìn)行不確定度評(píng)定。此舉需用若干濕度計(jì)，且類(lèi)型不限。然而，相關(guān)濕度計(jì)和干濕球濕度計(jì)對(duì)溫度也是敏感的，通常由這類(lèi)儀器獲得的估值會(huì)比真值大一些。

另有一種方法，將多個(gè)測(cè)點(diǎn)的傳感器信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到一個(gè)濕度計(jì)上。

蒸汽壓力的梯度通常比較小，一般僅在需要時(shí)才予進(jìn)行。

c)過(guò)程記錄 為了確保評(píng)估的有效性，從每個(gè)傳感器在每個(gè)條件下記錄20次或更多次是適宜的，但不應(yīng)少于5次。在記錄試驗(yàn)箱控制溫度波動(dòng)的特性時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)充分的穩(wěn)定時(shí)間后進(jìn)行記錄。通常認(rèn)為30min是足夠的。

所有測(cè)量應(yīng)該在試驗(yàn)箱條件穩(wěn)定后，對(duì)排列布置的傳感器進(jìn)行讀數(shù)記錄。

在試驗(yàn)期間對(duì)每個(gè)傳感器頻繁的進(jìn)行測(cè)量。表1示例了典型的數(shù)據(jù)組合和一些分析。

每個(gè)點(diǎn)測(cè)量的時(shí)間的間隔和每個(gè)組測(cè)量循環(huán)時(shí)間的間隔，是對(duì)試驗(yàn)箱測(cè)量的基本保證。

5.6.確定度的來(lái)源

在所有測(cè)量中，不確定度有4個(gè)基本來(lái)源。

a)校準(zhǔn)不確定度 校準(zhǔn)使用儀器的校準(zhǔn)不確定度在校準(zhǔn)證書(shū)中列出。

定期校準(zhǔn)證書(shū)的不確定度通常有95%的置信水平。應(yīng)關(guān)注所有不確定度的要素，包括儀器的結(jié)果和校準(zhǔn)期內(nèi)的短期變化的說(shuō)明，都應(yīng)用作為測(cè)量不確定度的來(lái)源。

b)儀器不確定度 儀器不確定度包括要素有使用儀器的結(jié)論、再現(xiàn)性和偏移。反復(fù)地測(cè)量可以防止粗大誤差和提高估計(jì)不確定度的信心值。

c)測(cè)量的次數(shù)產(chǎn)生的不確定度 顯性的不確定度在于測(cè)量的次數(shù)，通常關(guān)系到條件的梯度和波動(dòng)度。測(cè)量方法應(yīng)該能檢出這些梯度和波動(dòng)度。

d)輻射引起的不確定度 輻射對(duì)一些試驗(yàn)箱的影響會(huì)比較大。如果溫度傳感器使測(cè)量讀出值以及試驗(yàn)與試驗(yàn)間的差異出乎意料地大，都可以懷疑可能是輻射引起的問(wèn)題（例如，試驗(yàn)箱所有部分的溫度都感受到是受試樣品的原因，與設(shè)定溫度之間有值得關(guān)注的不同），就應(yīng)該用具有不同輻射色（例如，將有亮光澤的傳感器更換為黑色）的傳感器進(jìn)行特別的試驗(yàn)。當(dāng)溫度高于+100°C時(shí)，輻射對(duì)于傳感器和受試樣品的影響會(huì)越來(lái)越大。

e)附加不確定度 所有可以影響測(cè)量結(jié)果的因素例，如，校準(zhǔn)區(qū)域與使用區(qū)域不重合，重要的校準(zhǔn)有可能未能充分地與使用條件相關(guān)聯(lián)。例如，大多數(shù)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)是將溫度產(chǎn)傳感器浴于油、鹽或溶劑。傳感器一端浸沒(méi)，連接導(dǎo)線暴露在室溫中，而在使用中的傳感器和連接電纜都是暴露在試驗(yàn)箱的環(huán)境中。從而，校準(zhǔn)時(shí)的熱傳導(dǎo)與使用時(shí)是不同的。如有可能應(yīng)該考慮這種影響并評(píng)估其量級(jí)。不確定度的評(píng)價(jià)應(yīng)包括不確定度修正。

5.7.確定度的貢獻(xiàn)要素

下列是不確定度最重要的因素，可能并不完整。擬定不確定度源的列表是不確定度分析的第一步。盡管其中有一些是可以被忽略，但列表應(yīng)確定所有這些來(lái)源的不確定度。

a)參考（基準(zhǔn)）儀器校準(zhǔn)的不確定度 參考（基準(zhǔn)）儀器校準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書(shū)給出了不確定度，可能是用“誤差”和“修正值”。一些參考（基準(zhǔn)）儀器校準(zhǔn)的相關(guān)不確定度對(duì)于總測(cè)量不確定度的貢獻(xiàn)難以做到十分明確。

b)參考（基準(zhǔn)）儀器偏移 大部分儀器都會(huì)隨時(shí)間緩慢地發(fā)生變化。使用的條件可以影響變化的速度，對(duì)一些儀器而言，這些變化會(huì)有重要的意義。來(lái)自校準(zhǔn)的連續(xù)的數(shù)據(jù)是評(píng)估使用中發(fā)生偏移的基本要素，但最初測(cè)量的數(shù)據(jù)已經(jīng)可能被使用。然而，一般指儀器生產(chǎn)商提供的在理想條件下的偏移，所以通常在使用中的讀值會(huì)偏大一些。

c)分辨率 測(cè)量試驗(yàn)箱環(huán)境條件時(shí)應(yīng)對(duì)使用的參考（基準(zhǔn)）儀器作判定。此判定應(yīng)包括試驗(yàn)箱控制器的不確定度分析，但如果該儀器是在試驗(yàn)狀態(tài)下使用則應(yīng)該省略。

d)溫度影響 溫度系數(shù)在一些儀器上顯得非常重要。儀器工作在靠近氣候試驗(yàn)箱時(shí)，測(cè)量?jī)x器通常會(huì)受到溫度環(huán)境的影響。通常，當(dāng)溫度保持穩(wěn)定，可以溫度的影響進(jìn)行修正。當(dāng)然，不確定度參數(shù)應(yīng)采用修正后的參數(shù)。

e)滯后 滯后指在上升或下降段的條件和儀器輸出間的差異。某些類(lèi)型的相對(duì)濕度探測(cè)計(jì)和一些類(lèi)型的溫度傳感器的滯后會(huì)比較大。

f)測(cè)量的重復(fù)性 重復(fù)性指對(duì)同一條件再測(cè)量的一致程度。

g)波動(dòng) 波動(dòng)是在在測(cè)量條件對(duì)象過(guò)程中，一段時(shí)間間隔內(nèi)之間的變化。

在環(huán)境試驗(yàn)中對(duì)大多數(shù)測(cè)量狀況，波動(dòng)是對(duì)總不確定度影響最大的因素。

有二個(gè)原因會(huì)影響濕度的波動(dòng)?？諝庵姓羝娜萘浚ㄕ羝麎毫蚵饵c(diǎn)）發(fā)生變化；還有溫度的波動(dòng)引起相對(duì)濕度的波動(dòng)，而此時(shí)空氣中的蒸汽含量則是穩(wěn)定的。應(yīng)考慮這二個(gè)因素，并納入到不確定度分析中。

有必要顯示試驗(yàn)箱內(nèi)的真實(shí)情況時(shí)，應(yīng)知道溫度傳感器和濕度傳感器的響應(yīng)速度是不一樣的。為了確定波動(dòng)周期的時(shí)間長(zhǎng)度，可以在測(cè)量中采用響應(yīng)快速的儀器。在正常布局設(shè)點(diǎn)和整個(gè)波動(dòng)循環(huán)的測(cè)量是在同一點(diǎn)上（例如，在每個(gè)波動(dòng)循環(huán)的最大點(diǎn)上）進(jìn)行，通常試驗(yàn)箱條件測(cè)量的結(jié)果是會(huì)引起誤解的。這種情況被稱為“混淆”。可以將采樣頻率提高到試驗(yàn)箱波動(dòng)循環(huán)的4倍，或采用隨機(jī)取樣以消除和避免發(fā)生

波動(dòng)的影響在普通意義上的計(jì)算可以用大量的讀數(shù)和一般意義上的不確定度計(jì)算予以簡(jiǎn)化。用大量讀數(shù)的平方根是一種功能性的方法，對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，一般可以認(rèn)為20個(gè)讀數(shù)是足夠了。

通過(guò)氣候試驗(yàn)箱的控制循環(huán)，快速響應(yīng)（小型）傳感器可以捕獲峰值或峰谷。慢速響應(yīng)（大型）傳感器也可以顯示控制的自然循環(huán)，但是由于傳感器的低響應(yīng)速度，記錄的峰值或峰谷較為扁平。因此，應(yīng)該將慢速響應(yīng)（大型）傳感器無(wú)法捕獲峰值溫度的情況包括進(jìn)不確定度的組成。

圖2給出了溫度波動(dòng)圖示。

h)梯度 梯度是點(diǎn)與點(diǎn)測(cè)量值的變化。在大多數(shù)環(huán)境試驗(yàn)中，溫度梯度是不確定度最大的因素。為了評(píng)估溫度梯度的大小，應(yīng)在被試物周?chē)蛟诳蛰d試驗(yàn)箱的工作空間周?chē)M(jìn)行測(cè)量。

蒸汽容量的梯度通常比較小，雖然在試驗(yàn)箱內(nèi)可能被冷凝而顯得不太真實(shí)。然而，就波動(dòng)、溫度的梯度對(duì)于相對(duì)濕度而言蒸汽的含容量相應(yīng)是恒定的。

i)當(dāng)校準(zhǔn)空箱或帶典型負(fù)載試驗(yàn)箱的附加不確定度

包括：

-試驗(yàn)箱儀器的偏移；

-試驗(yàn)箱儀器的重復(fù)性；

-試驗(yàn)箱儀器的結(jié)論。

首先應(yīng)考慮的是受試樣品在試驗(yàn)箱條件下的影響，除非受試樣品的尺寸相對(duì)試驗(yàn)箱工作空間是無(wú)關(guān)緊要的，那就應(yīng)該用另一種方法來(lái)建立不確定度了。

應(yīng)另外給出對(duì)散熱型負(fù)載考慮的方法。

6.確定度成份的估算及其組成

對(duì)測(cè)量的不確定度評(píng)估和合成大部分可以是采用較為便利的電子制表軟件方法。以下內(nèi)容基于7章溫度測(cè)量的典型示例全面總不確定度評(píng)估。

表格包括不同不確定度來(lái)源的類(lèi)型，如來(lái)自證書(shū)的不確定度、來(lái)自重復(fù)測(cè)量隨機(jī)影響的的不確定度；以及如評(píng)估和計(jì)算出的系統(tǒng)性的偏移和偏離不確定度。

對(duì)于測(cè)量或校準(zhǔn)的總不確定度評(píng)估有3個(gè)步驟：

-確定每個(gè)不確定度來(lái)源，量化并描述為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的不確定度；

-用平方和的平方根組合單個(gè)原素的影響，即所謂的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

-乘上k=2的覆蓋因子賦予擴(kuò)展不確定度，可以解釋為置信區(qū)間，包括了測(cè)量數(shù)值95 %真值的概率。

鑒別和量化不確定度來(lái)源的過(guò)程分析，包括了7章討論的溫度試驗(yàn)箱，和8章討論的溫度濕度組合試驗(yàn)箱。（續(xù)下期）

Calculation of Uncertainty of Conditions in Climatic Test Chambers

uncertainty;calculation;humidity;temperature;test chamber;climate;condition

簡(jiǎn)介：提供了對(duì)溫度和濕度氣候試驗(yàn)箱內(nèi)部環(huán)境條件進(jìn)行不確定度分析的方法。首先介紹了測(cè)量的不確定度概念，然后討論容差的意義?？紤]到濕度和溫度測(cè)量是采用確定和合成不確定度。結(jié)合校準(zhǔn)空載試驗(yàn)箱和有負(fù)載試驗(yàn)箱的條件測(cè)量的案例。最后，逐條整理成為范本用于分析結(jié)果以給出規(guī)范的不確定度評(píng)估依據(jù)。

Brief：Provides the methods for analysing uncertainties of temperature and humidity in climatic test chambers. In what follows, the concept of uncertainty of measurement is introduced first and then the significance of tolerance discussed. Aspects of humidity and temperature measurement are considered, followed by methods for determining and combining uncertainties. The cases of both calibrating an empty chamber and measuring conditions in a loaded chamber are considered. Finally, detailed guidance and worked examples are given for analysing results to give estimates of uncertainty in the measured performance.