检定紫外辐照计示值误差测量结果的不确定度分析
1 测量方法
按规程JJG879-2002规定的相关步骤,首先调整好整个光路系统,A1波段辐照计用黑光型高压汞灯;C波段辐照计用低压汞灯。点燃汞灯,预热30min,三台标准辐照计依次装在夹具上,取三台值的平均值作为该距离的紫外光谱辐照度值。换上被检紫外辐照计,读数。每台被检辐照计要检定两遍,取其平均值作为最后检定结果。
2 数学模型 2.1 建立数学模型
E = E－ E0
式中: E0 ------ 三台标准辐照计的示值平均值; E ------- 两次检定被检紫外辐照计示值(平均值) ⊿E ------ 示值误差 2.2 灵敏系数
c1 = E/D(E)1 c2 = E/D(E0)1
3 输入量的标准不确定度评定
3.1输入量E的标准不确定度u1(E)的评定
u1(E)的来源主要是被检辐照计的测量不重复性，它反映了各种随机因素的综合影响，因此采用A类方法评定。
分别点燃低压汞灯和黑光型高压汞灯，固定标准灯到被检辐照计探头测试面的距离，连续读取辐照计的显示值，测量结果列于表C.1中。
表C.1 测量结果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 显示值E(cd/cm2) C 112 112 112 112 113 112 113 114 113 112 112.5 显示值E(cd/cm2) A1 327 326 325 328 324 326 330 326 325 323 326 E
当测C波段时: 单次实验标准差 s(E)=
当测A1波段时: 单次实验标准差 s(E)=
(EE)i2n1=0.71μW/cm2
(EE)i2n1=2.0μW/cm2
本规程规定，每个测量点测量2次，取平均值作为测量结果。则可得到：
当测C波段时:
u1(E) = s(E)/2=0.50μW/cm2
当测A1波段时:
u1(E)= s(E)/2=1.41μW/cm2
其自由度为： υ1 =n-1=10-1=9
3.2 标准紫外辐射照度计的不确定度由上级的检定证书得到,采用B类方法评定。
下面分别以C波段和A1波段的紫外辐射照度计的不确定度为例进行评定。
SUV-1-C型: 标准紫外辐射照度计的相对测量结果的扩展不确定度：U=13%(k=1)
U / k = 13%
在112μW/cm 处测量, 标准不确定度u2(E) = 0.13×112 = 14.56μW/cm
2
2
SUV-6T-A1型: 标准紫外辐射照度计的相对测量结果的扩展不确定度：U=12%(k=1)
U / k = 12%
在326μW/cm 处测量, 标准不确定度u2(E) = 0.12×326 = 39.12 μW/cm
2
2
估计
u(E)＝0.25，则自由度为 u(E)21u(E)2(E)＝＝8
2u(E)
3.3 汞灯辐射度的不稳定性引起的不确定度,采用B类方法评定
由于汞灯在测量过程中存在着变化,尽管有稳压电源,这种变化依然存在,此项服从均匀分布。点燃汞灯30min 后,进行测量整个检测过程10min的灯辐射的变化。 C波段低压汞灯: 时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 变化 112.5 1 (min) E 112 112 112 112 112 113 113 113 113 113 (μW/cm) 由于灯的不稳定性带来的辐射标准不确定度:
2u3(E) = 1/3 = 0.58μW/cm2
A1波段黑光型高压汞灯: 时(min) 间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 变化 E 325 323 324 323 323 324 328 327 324 325 (μW/cm) 2324 5 由于灯的不稳定性带来的辐射标准不确定度:
u3(E) = 5/3 = 2.μW/cm2
由于此项不确定度是按最大差异计算的，则认为：
3(E)∞
3.4 电源电压变化引起的测量不确定度,采用B类分析方法
本装置所用电源电压变化为1V/h,所引起的汞灯辐射强度变化为:
2
C波段辐照计: 1μW/cm
2
A1波段辐照计: 5μW/cm
造成的测量不确定度按均匀性分布计算
2
C波段辐照计: u4(E) = 1/3 = 0.58μW/cm
2
A1波段辐照计: u4(E) = 5/3 = 2.μW/cm
由于此项不确定度是按最大差异计算的，则认为：
4(E)∞
3.5 标准紫外辐照计的短期不稳定性所引起的测量不确定度,采用B类方法评定。
辐照计的不稳定性小于2%,所带来的辐射标准不确定度如下,按均匀分布处理。
C波段辐照计: u5(E)= 0.02×112/3 = 1.30μW/cm2 A1波段辐照计: u5(E)= 0.02×324/3 = 3.74μW/cm2 由于此项不确定度是按最大差异计算的，则认为：
5(E)∞
3.6 紫外辐照计探头的安装与装调误差引起的测量不确定度,按B类方法分析。
安装与调试引起的不确定度,是由人员操作造成的误差,小于1%,按均匀分布处理。 C波段辐照计: u6(E)= 0.01×112/3 = 0.65μW/cm2 A1波段辐照计: u6(E)= 0.01×324/3 = 1.87μW/cm2 由于此项不确定度是按最大差异计算的，则认为：
6(E)∞
3.7 标准紫外辐照计与被检紫外辐照计的余弦性能不一致引起的测量不确定度,按B类方法分析。
标准紫外辐射计探头和被检紫外辐照计探头的余弦接受面不一致,所引起的测量误差,应小于1%,按均匀分布处理。 C波段辐照计: u7(E)= 0.01×112/3 = 0.65μW/cm2 A1波段辐照计: u7(E)= 0.01×324/3 = 1.87μW/cm2 由于此项不确定度是按最大差异计算的，则认为：
7(E)∞
4. 标准不确定度分量的评定
标准不确定度分量及相关信息列于表3
表3 标准不确定度分量及相关信息
不确定度来源 被检紫外辐照计测量重复性的不确定度 标准紫外辐照计的量值溯源带来的不确定度 汞灯辐射度的不稳定性带来的不确定度 电源电压变化引起汞灯辐射度变化带来的不确定度 紫外辐照计探头的安装与调试带来的标准不确定度 标准与被检探头的余弦不一致带来的标准不确定度 标准紫外辐照计的短期不稳定性所引起的测量不确定度 输入量的标准不确定度u(xi) 灵敏系数 ci 标准不确定度分量 0.71 ( C ) 2.00 ( A1 ) 14.56; ( C ) 39.12; ( A1 ) 0.58; ( C ) 2.; ( A1 ) 0.58; ( C ) 2.; ( A1 ) 1.30; ( C ) 3.74; ( A1 ) 1.30; ( C ) 3.74; ( A1 ) 1.30; ( C ) 3.74; ( A1 ) 自由度 ν 9 类别 0.71 ( C ) 1 2.00 ( A1 ) 14.56; ( C ) 1 39.12; ( A1 ) 0.58; ( C ) 1 2.; ( A1 ) 0.58; ( C ) 1 2.; ( A1 ) 1.30; ( C ) 1 3.74; ( A1 ) 1.30; ( C ) 1 3.74; ( A1 ) 1.30; ( C ) 1 3.74; ( A1 ) A 8 B B B B B B
5 合成标准不确定度的评定
各标准不确定度分量彼此不相关,则合成标准不确定度为: uc(E)ui
2
2 当C波段测量时: u254( E ) = 14.77μW/cm
相对标准不确定度为 u254 = 14.77/112×100% = 13.2%
当A1波段测量时: u365(E) = 39.91μW/cm
相对标准不确定度为 u365 = 39.91/325×100% = 12.3% 有效自由度为: 按韦尔奇-萨特思韦特公式计算 C波段测量时: eff2
uc4(E)14.71
ui40.71414.50.5840.5841.3041.3041.30498i
A1波段测量时:
effuc4(E)25.941 4444444ui224.782.2.3.743.743.7498i
6 扩展不确定度的评定
取置信概率p=95% ,由t分布表查得:
当C波段测量时, t95(1) = k=1
7 8
当A1 波段测量时,t95(1)=k=1 扩展不确定度为:
当C波段测量时, U95 = t95(1)uc = 13.2% 当A1波段测量时, U95 = t95(1)uc = 8.0%
测量不确定度报告
此紫外辐照计检定测量结果不确定度为: 当C波段测量时: U 254 = 13.2%, k = 1 当A1波段测量时: U 365 = 12.3%, k = 1 结论
根据不确定度分析,整套装置的不确定度满足规程的要求
