测温系统动态校准结果的不确定度估算

　　1　引　　言

　　文献[1]是作者研究测试系统动态性能20余年的总结,给这门新兴学科(测试系统动力学)打下一个初步基础。其中建立了10余种测试系统(传感器)的动态校准实验和一整套有关的理论基础。所有科学实验都存在重复性(复现性)的问题。文献[1]中首先提出用动态重复性的性能指标,来描述多次重复动态校准实验结果重复的优劣。在计量/测试界鉴定产品时,常用不确定度来表征鉴定结果[2],其中只涉及静态校准结果的处理方法。文献[4-7]中讨论了动态不确定度问题,但均尚未讨论到估算方法、步骤和应用实例问题。本文将继续以测温系统为例进行动态不确定度的估算。

　　2　从动态重复性到动态不确定度的演变

　　2.1　动态性能指标———工作频带

　　测量/试系统动力学[1]一书的研究对象很明确,只限于研究测量系统本身(从传感器、放大器、信号调理器、A/D变换器和记录仪等)的动态特性(性能)和改善其动态性能的原理和方法,以保证用于动态测量/试时,其结果的失真小于允许值。动态性能指标中以工作频带最实用(见图1),是测量系统典型的频率特性曲线之一,工作频带ωg允许的幅值误差ΔA和相角误差Δ(ω)视要求而定,对要求较高的传感器/测试系统定为1%(例如精密导航加速度计),对要求较宽的可定为10%,图中ωg1、ωg2分别表示允许幅值误差为±10%、±5%(相位误差分别为ψ(ωg1)、ψ(ωg2))的工作频带.

　　2.2　动态重复性

　　传感器/测试系统动态校准的结果,就是要求出符合规定的工作频带,多次重复动态校准所求得的工作频带之平均值是最佳值,每(单)次动态校准结果在平均工作频带附近有些分散,是不确定的,文献[1]中定义动态重复性来描述这个分散度,并实测了压力、力、温度3种测试系统多次动态校准结果的动态重复性。

　　文献[2]是计量科学研究院在7个国际组织共同制定的“测量不确定度表示指南ISO1993(E)”基础上制定的。文献[3]是20世纪70年代比较通用的测量不确定度估算手册,和文献[2]相似,均只讨论静态测量中的不确定度的估算问题,没有涉及动态校准的问题。

　　2.3　动态不确定度

　　1997年在全国现代误差理论和应用学术交流研讨会上,多位学者[3-5]均提到动态不确定度的问题。2001年文献[6]中也提到这个问题, 2005年作者在动态重复性的基础上提出测试系统动态校准结果的动态不确定度的估算方法[9],并以一种压力传感器和一种力传感器的多次动态校准结果为例,估算出它们的动态不确定度。

　　从传感器到计算机整个测试系统可以一起进行动态校准,动态校准结果可以一起处理,求出整个测试系统的动态性能指标(工作频带),多次重复几次,便可找出整个测试系统的动态校准结果的动态不确定度。