秒表的不确定度评估

秒表校准的测量不确定度评定

Evaluation of Uncertainty Measurement of Stopwatch Calibration 摘要：通过对时间量值溯源传递系统传递检索,,从影响量值传递准确性、稳定性、不确定度各分量进行归纳分析和验证,，探讨了测量不确定度的来源，介绍时间检定仪校准秒表时，测量不确定度分析和评定过程

Abstract：The transmission chain of standard time wrench transmission retrieval is searched．and the effects on accuracy,stability and uncertainty of wrench values are coneluded and analyzed, Some error sources of .stopwatch calibration evaluation are discussed;The uncertainty of evaluation results of stopwatch calibration by the time interval generator and the courses of analysis and evaluation of uncertainty of stopwatch calibration are described in this paper.

关键词：秒表校准不确定度分析评定量传

Key words：stopwatch calibration uncertainty analysis evaluation wrench transmission

SYN5301型时间检定仪是校准电子毫秒表、电子秒表、机械秒表、指针式电秒表、数字式电秒表等计时仪表的通用计量仪器。其主要功能是输出标准的时间间隔信号，控制夹具的机械动作启停秒表，满足机械秒表、电子秒表的校准，确保公司生产过程中浇铸、热处理工序、理化分析对时间的掌握。

测量是通过实验合理地赋予某量一个或多个量值的过程。在校准测量的过程中，因为测量人员、测量方法、测量程序、测量所使用的仪器设备、测量的环境条件等的不同会产生测量误差，所得的被测量值具有分散性。测量不确定度是表征赋予被测量之值分散性的非负参数，是通过对测量过程的分析和评定得出的一个区间。是与测量结果相联系的参数，用于表示测量结果的可信性。通过测量不确定度可以了解到被测量的值在什么范围内，是定量说明测量结果的质量的一个参数。

在此通过对时间间隔量值溯源传递系统传递链的检索，结合实际操作分析各环节控制要点，从影响量值传递准确性、稳定性和不确定度各分量进行归纳分析和验证，探讨了测量不确定度的来源，对时

依据《JJF 1059.1–2012 测量不确定度评定与表示》及《JJG237-2010秒表检定规程》要求，时间计量标准(器具)量值逐级传递，传递要求为：上一级计量标准器具的不确定度高出下一级至少3倍，时间量值不确定等级要求必须符合量值传递规律和要求。如下图：

图一秒表校准量值传递溯源框图

1 秒表校准的不确定度评定

测量不确定度的来源要根据实际情况进行具体分析。分析时除了定义的不确定度外，可从测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面全面考虑，特别要注意对测量结果影响较大的不确定度来源，应尽量做到不遗漏，不重复。

A类不确定度分量的评定，是用对被测量重复观测并根据测量数据进行统计分析的方法计算，用试验标准偏差表征。B类不确定度分量评定，是用非统计方法计算，用资料、经验、常识以及假设的概率分布估计的标准偏差表征。

在确定由时间基准复现的量值的合成不确定度u c时，从确定该基准的物理原理出发，参考评估过程，利用不确定度评估表及数学模型，确定各影响量的标准差及灵敏系数，计算出时间基准复现的量值合成标准不确定度，在评定合成标准不确定度u c的基础上，采用的扩展不确定度评估方法为：取扩展不确定度U =2u c，，即取包含因子k=2，对应的置信概率约为95％。

依据《JJG237-2010秒表检定规程》对校准环境要求，温度：在（20±5）℃范围内任选一点,检定期间温度变化范围不超过±2℃，环境湿度：≤80%，在以上条件均满足的条件下，由校准环境带来的不确定度分量影响可以忽略。

1.1 数学模型

ΔT =T i -T 0

ΔT —秒表测量误差；T i ——每次测量值 T 0 —检定仪给出的标准值。 根据不确定度传播率, 秒表示值误差合成标准不确定度u c （△T ）为

u c 2（△T ）=（)i

T T ???2

u 2（T i ）+（)o T T ???2 u 2（T o ） 灵敏系数C （T i ）=i

T T ???=1， C 2=

o

T T

???1-=， 由此分析秒表校准的测量不确定度来源：

秒表校准测量重复性引起的标准不确定度分量， A 类不确定度分量 由被检表分辨力引起的标准不确定度分量， B 类不确定度分量

时间检定仪输出时间间隔不准引起的标准不确定度分量,B 类不确定度分量 1.2以电子秒表为例 ，对秒表校准的测量不确定度进行评定 电子秒表受检点为10s 、10min 、1h 1.2.1 测量重复性引起的标准不确定度分量

在标准条件下，依次对电子秒表(10s 、10min 、1h)做重复性测量，分别取10次结果如下：

测量

次数 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

测量误差/s 0.01 0.02 0.03 0.04 0.03 0.03 0.04

0.03

0.04

0.03

测量 次数 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

测量误差/s 0.03 0.02 0.03 0.05 0.03 0.05 0.04 0.03 0.04 0.03

测量

次数 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

测量误差/s 0.06

0.06

0.04

0.04

0.04

0.05

0.05

0.04

0.06

0.06

按照《JJF 1059.1–2012 测量不确定度评定与表示》，根据贝塞尔公式计算

)

1()(S 1

2

--=

∑=n n x x

n

i i

u 1=0.003s (10s) u 1 =0.003s (10min) u 1 =0.003s (1h)

1.2.2 由被检表分辨力引起的标准不确定度分量

电子秒表的最小分辨力为0.01s ，均匀分布，分辨力所引入的不确定度分量： u 2 =0.01/（32）=0.0029s

1.2.3 SJ-3A 时间检定仪输出时间间隔不准引起的标准不确定度分量

SJ-3A 时间检定仪输出时间间隔T 分别为10s 、10min 、1h 时，时间检定仪允差为(2×10-7×T+0.003)s ，可知

10s 点允差为±0.003002s ，分散区间半宽值约为0.003s 10min 点允差为±0.00312s ；分散区间半宽值为0.00312s 1h 点允差为±0.00372s ；分散区间半宽值为0.00372s 均匀分布， u 3=0.003 /3=0.0017s (10s)

u 3=0.00312/3=0.0018s (10min) u 3=0.00372/3=0.0021s (1h)

1.2.4．标准不确定度分量一览表

序号

来源

符号

传播

系数

类别

数值/s 分布

1 重复性

1u

1 A 0.003 (10s) 0.003（10min) 0.003 (1h ） 正态

2 分辨力

2u

1 B 0.0029s 均匀

3 标准器 3u

1 B 0.0017 (10s) 0.0018（10min) 0.0021 (1h ）

均匀

1.2.5 合成标准不确定度

测量重复性引入不确定度分量比秒表分辨力不确定度分量大，则

s 0035

.02

321=+=u u u c （10s) s u u u c 0035.02

321=+= (10min) s u u u c 0037.02

32

1=+= (1h)

1.2.6 扩展不确定度

取k =2, 秒表检定装置检定电子秒表时的扩展不确定度

U =ku c =2 ×0.0035 =0.007s (10s)

U =ku c =2 ×0.0035 =0.007s (10min) U =ku c =2 ×0.0037 =0.008s (1h) 结束语

(1)根据对秒表校准的测量不确定度评定，秒表检定装置满足 《JJG237-2010秒表检定规程》的要求，可开展对机械秒表及电子秒表进行校准。

(2)在评定测量不确定度时应充分考虑各种影晌因素，并对其进行必要的验证，定期进行复核，有

利于控制校准结果质量和提高校准实验室的综合能力。 参考文献

1 《JJF 1059.1–201

2 测量不确定度评定与表示》

2 《JJG237-2010秒表检定规程》 西安同步电子科技有限公司