露点仪校准系统测量不确定度分析

　　0　引言

　　气体湿度的测量已经广泛应用于半导体、微电子、冶金、化纤等工艺过程及军工、航天等领域。它对产品质量、生产安全、科学试验的结果以及武器系统的使用都有着直接的影响,人们也日益重视气体湿度的测量精度。气体露点温度是常用的表示气体湿度的方法之一,而露点仪则是用于测量气体露点温度的仪器。精密露点仪作为测量气体湿度准确度较高的仪器,许多计量机构和试验室都以此作为湿度传递标准,因此,为了保证量值传递可靠,必须定期对精密露点仪进行校准。

　　1　校准系统的组成及工作原理

　　露点仪校准系统是由精密露点仪(主标准器)、测控计算机、低霜点湿度发生器(标准湿气发生装置)、被检露点仪以及相关附属设备构成的。在校准过程中,测控计算机中的控制软件实时控制低霜点湿气发生器的温度和压力,产生恒定连续的湿气。如图1所示,气体在等压条件下分成两路。一路气体缓慢地流过精密露点仪测量镜面,此时精密露点仪半导体制冷器开始制冷,镜面逐渐降温,随着温度的下降,被测气体从未饱和状态变成饱和状态而降露(或过冷水)或霜,准确地测出此时的镜面温度即被测气体的露点温度。另一路气体则进入被检的露点仪,和精密露点仪同时进行测量。分别记录主标准器和被检露点仪的测量值,并依据标准器的测量值对被检露点仪进行校准。

　　2　测量不确定度分析

　　2·1　数学模型的建立

　　根据JJG-2004《精密露点仪检定规程》,精密露点仪的检定有两种方法。一种是使用标准动态湿度发生器作为检定标准,则被检露点仪的示值误差为被检露点仪的示值平均值与标准动态湿度发生器的示值平均值之差;另一种方法是使用高标准湿度计作为检定标准,则被检露点仪的示值误差为被检露点仪的示值平均值与高标准湿度计的示值平均值之差。本露点仪校准系统采用第二种方法,其校准数学模型为：

　　式中:ΔT为被检露点仪示值;Tm为被检露点仪示值;Ts为精密露点仪(主标准器)示值。

　　2·2　数学模型的改进

　　由于在校准过程中,不可能同时读取精密露点仪和被检露点仪的示值,在读数的时间间隔内,低霜点湿度发生器的波动性会对校准结果产生影响;同时,连接导管的渗透性也会对校准结果产生影响。设两者的总影响量为ΔD,则改进数学模型为

　　2·3　传播律

　　由于式(2)中各个量之间互不相关,且 ΔT/ Tm=1; ΔT/ Ts=-1; ΔT/ ΔD=1。所以不确定度传递律为

　　我们以校准值约为-53℃时的校准结果为例,进行不确定度分析。