溫濕度不確定度分析

1、探空儀溫度、濕度靜態(tài)測(cè)量不確定度分析概述概述不確定度是指由于測(cè)量誤差的存在對(duì)被測(cè)量值的不能肯定的程度。反過(guò)來(lái)，也表明該結(jié)果的可信賴程度，它是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測(cè)量的真值愈接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價(jià)值越高；不確定度越大，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量越低，水平越低，其使用價(jià)值也越低。在報(bào)告物理量測(cè)量的結(jié)果時(shí)，必須給出相應(yīng)的不確定度，一方面便于使用它的人評(píng)定其可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果之間的可比性。濕度是基本的環(huán)境

2、參量之一，其準(zhǔn)確測(cè)量關(guān)系到氣象觀測(cè)預(yù)報(bào)、氣候研究、水文學(xué)、農(nóng)業(yè)、航空等各領(lǐng)域。常見的濕度測(cè)量方法有動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法）、靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法）、干濕球法、露點(diǎn)法和電子式傳感器法等。電子式濕度傳感器于20世紀(jì)90年代興起，由于具有測(cè)量準(zhǔn)確、顯示明確、重復(fù)性好的特點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。目前我國(guó)有數(shù)十個(gè)海洋臺(tái)站配置了芬蘭VAISALA公司生產(chǎn)的HMP45D溫濕一體化傳感器，用于自動(dòng)氣象觀測(cè)站進(jìn)行濕度的測(cè)量。本文依據(jù)JJF10

3、762001《濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范》，開展溫濕度傳感器相對(duì)濕度示值誤差的校準(zhǔn)試驗(yàn)研究，并根據(jù)JJF10591999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求，給出其測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定方法和步驟。測(cè)量不確定度和標(biāo)準(zhǔn)不確定度測(cè)量不確定度和標(biāo)準(zhǔn)不確定度表征合理的賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，稱為測(cè)量不確定度。這是JJF10011998《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》中對(duì)其作出的最新定義。測(cè)量不確定度是獨(dú)立而又密切與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的、表明測(cè)量結(jié)

4、果分散性的一個(gè)參數(shù)。在測(cè)量的完整的表示中，應(yīng)該包括測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，如用說(shuō)明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度的表示方法則成為擴(kuò)展不確定度。不確定度的不確定度的A類、B類評(píng)定及合成類評(píng)定及合成由于測(cè)量結(jié)果的不確定度往往由多種原因引起的，對(duì)每個(gè)不確定度來(lái)源評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，稱為不確定度A類評(píng)定；所得到的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為A類不確定度分量，

5、用符號(hào)si表示。它是用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表征。用不同于對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，稱為不確定度B類評(píng)定；所得到的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為B類不確定度分量，用符號(hào)ui表示。它是用實(shí)驗(yàn)或其他信息來(lái)估計(jì)，含有主觀鑒別的成分。對(duì)于某一項(xiàng)不確定度分量究竟用A類方法評(píng)定，還是用B類方法評(píng)定，應(yīng)由測(cè)量人員根據(jù)具體情況選擇。B類評(píng)定方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛。當(dāng)測(cè)量結(jié)果是由若干個(gè)其他量的值求得時(shí)，按其他各量的方差和協(xié)方差算得的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，稱為合成標(biāo)準(zhǔn)

6、不確定度。它是測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值，用符號(hào)UC(y)表示。方差是標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方，協(xié)方差是相關(guān)性導(dǎo)致的方差。計(jì)入?yún)f(xié)方差會(huì)擴(kuò)大合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度仍然是標(biāo)準(zhǔn)偏差，它表征了測(cè)量結(jié)果的分散性。所用的合成方法，常稱為不確定傳播率，而傳播系數(shù)又被稱為靈敏系數(shù)，用c表示。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的自由度稱為有效自由度，用νeff表示它表明所評(píng)定的UC1測(cè)量方法式中：U為相對(duì)濕度（%RH）；e(Td)為在露點(diǎn)溫度Td下的飽和水蒸氣壓（Pa）；

7、e(T)為在氣樣溫度T下的飽和水蒸氣壓（Pa）。飽和水蒸氣壓采用簡(jiǎn)化公式計(jì)算[5]：式中：TK為露點(diǎn)溫度Td或氣樣溫度T，（K）。由精密露點(diǎn)儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（HB）1為[3]4.1.1精密露點(diǎn)儀露點(diǎn)溫度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Td）根據(jù)上級(jí)檢定機(jī)構(gòu)出具的證書，精密露點(diǎn)儀合格，為二級(jí)精密露點(diǎn)儀，在20~40℃DP時(shí)，最大允許誤差0.3℃DP。按均勻分布，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：4.1.2精密露點(diǎn)儀鉑電阻溫度計(jì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（T）

8、（1）鉑電阻溫度計(jì)示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（T）1根據(jù)上級(jí)檢定機(jī)構(gòu)出具的校準(zhǔn)證書，鉑電阻溫度計(jì)示值誤差的不確定度U=0.01℃（k=2），則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：（2）濕度發(fā)生器測(cè)試倉(cāng)溫度不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（T）2根據(jù)使用高精度的Fluke1502A測(cè)溫儀測(cè)試，均勻度為0.004℃，按均勻分布，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：上述兩個(gè)分量互不相關(guān)，則有：4.1.3精密露點(diǎn)儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（HB）1的計(jì)算根據(jù)式（5）可知，

9、精密露點(diǎn)儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（HB）1與相對(duì)濕度值相關(guān)?，F(xiàn)以20.0℃，40%RH為例，計(jì)算u（HB）1。在氣樣溫度20.0℃下，露點(diǎn)溫度6.01℃，濕度40%RH。u（Td）為0.174℃，則露點(diǎn)溫度范圍5.838~6.186℃，飽和水蒸氣壓范圍924.996~947.549Pa，u（T）為0.006℃，氣樣溫度范圍19.994~20.006℃，飽和水蒸氣壓范圍2338.390~2339.983Pa。由式（5）計(jì)算得，u(HB)1=