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反射率仪的校准方法及不确定度分析


测量不确定度

UNCERTAINTY OF MEASUREMENT

反射率仪的校准方法及不确定度分析
权小菁
( 广东省计量科学研究所 , 广东 广州 510405)

[摘

要 ] 反射 率仪用于测量油漆、涂料、陶瓷等表面的反射率 , 其测量原理是将光谱漫反射比均为 100% 的理想表 面

的白度定义为反射率 100, 光谱漫 反射 比为零 的绝 对黑表 面为 反射 率零。反 射率为 无量 纲的 量。反射 率仪一 般由 光 源、滤光器、光电探测器和读数仪表组成 , 校准时用高标准白板定标后 , 对另外 3 块白板进行测量 , 各 测量 4 次取 平 均值 , 3 块标准白板的测量平均值与 标准值之差即为反射率仪的示值误差。 [ 关键词 ] 反射率仪 ; 示值误差 ; 标准白板 ; 不确定度 [ 中图分类号 ] TH74 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1002- 1183 ( 2003) 02- 0046- 02

1

技术要求
( 1) 稳定度 反射率仪预热后, 用黑阱校正零位 , 10min 时

( 2) 用高白度标准板校准反射率仪 , 使反射率仪 显示该标准白板的白度值, 连续观察 5min 时间, 记 录最大漂移之绝对值即为示值漂移。 3 3 示值误差的校准 用黑阱和高白度标准板校准反射率仪后 , 对另外 3 块标准白板各自重复测量 4 次 ( 测量时使白板的受 测方向和位置保持不变 ) , 取平均值 , 3 块标准白板 的测量平均值与标准值之差即为反射 率仪的示值误 差。 3 4 测量重复性 用标准白板对反射率仪重复测量 6 次 ( 测量时使 白板的受测方向和位置保持不变) , 取平均值 , 计算 实验标准差即为反射率仪的测量重复性。 ( 80 !

间内反射率仪的零位漂移量不大于 0 5。 用标准白板校正反射率后, 5m in 内反射率示 值的漂移量不大于 0 5。 ( 2) 示值误差 反射率仪的示值误差不大于 3 0 。 ( 3) 测量重复性 反射率仪的测量重复性不大于 0 5。

2

校准条件
( 1) 校准用的标准器 标准白板一组。 测量范围 : ( 90 ! 5) % 的标准白板 1 块;

4

校准结果和复校的时间间隔
反射率仪的稳定度、示值误差及其测量重复性的

5) % 的标准白板 1 块;

( 75 ! 5) % 的标准白板 1 块;

( 70 ! 5) % 的标准白板 1 块。 标准白板的扩展不确定度 : 0 8 ( 2) 校准的环境条件 温度 : ( 20 ! 10) ? ; 相对湿度 # 80% 。

校准结果应在校准证书上反映。 建议复校时间间隔为 1 年。

5
5 1

反射率仪示值误差的扩展不确定度
数学模型 y = b- a y 为反射率仪的示值误差 ; b 为反射率仪的读 方差和灵敏系数 依据 : u 2 c(y) = ?
2 2

3
3 1

校准项目和校准方法
外观检查 ( 1) 要求反射率仪的光源发光应稳定, 读数显示

式中 5 2

数值 ; a 为标准白板的标准值。 f 2 2 x 1 %u ( x i)
2 2 2

清晰 , 调节器能正常工作。 ( 2) 检查方法: 目视观察和试验。 3 2 稳定度 ( 1) 将反射率仪进行预热 , 用黑阱置于测量孔调 整零位, 记录 10min 内反射率仪零点的最大漂移之绝 对值即为零点漂移。

得方差: u c( y ) = c b% u ( b) + c a % u ( a ) 灵敏系数: cb = ca = y= 1 b y = - 1 a

[ 收稿日期 ] 2002- 05- 15 [ 作者简介 ] 权小菁 ( 1956- ) , 女 , 广东广州 人 , 高级 工程师 , 副所长 , 毕业于中山大学 , 从事计量管理工作。 % 46 % Industrial Measurement 2003 No 2

UNCERTAINTY OF MEASUREMENT
2 u c(y)

测量不确定度 0 05 4 4 = 19 9 ? 20 0 04 + 0 03 9 ( ( 2) 与标准器有关的标准不确定度分量 u ( a ) 标准白板估算的不确定度分量 u 1 ( a ) 由检定证书给出标准白板的扩展不确 定度 U = 0 80, 作正态分布处理, p = 99% , 则 0 80 u 1 ( a) = 2 58 = 0 31 1 ( a) ? ( 标准白板的稳定性估算的不确定度分量 u 2 ( a ) 由历 年证 书 得到 标 准白 板 的年 变 化率 不大 于 0 50, 作均匀分布, 则 0 50 = 0 29 3 估计其相对不确定度为 25% , 则 u 2 ( a) = 自由度
2( 4

= u ( b) + u ( a)

2

2

5 3

计算分量标准不确定度 ( 1) 与反射率仪读数 b 有关的标准不确定度分

量u ( b ) 反射率仪测量重复性估算的标准不确定度分量 u 1( b )
表1
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 注 : x 为无量纲的量。

用标准值为 89 9 的标准白板对反射率仪 重复测量 10 次得到实验标准差
测量值 x i 89 9 90 0 90 1 90 1 89 9 89 8 90 0 89 9 90 0 90 1 v i= xi - x 0 10 0 00 - 0 10 - 0 10 0 10 0 20 0 00 0 10 0 00 - 0 10 v2 i 0 0100 0 0000 0 0100 0 0100 0 0100 0 0400 0 0000 0 0100 0 0000 0 0100

a ) = ( 1/ 2) & ( 25/ 100) - 2 = 8

) 计算标准不确定度分量 u( a) 由于 u 1 ( a) 、 u 2 ( a) 相互独立,
2 2 2 则 u 2( a ) = u 2 1 ( a ) + u 2 ( a ) = 0 31 + 0 29 = 0 1802

u ( a ) = 0 42 ? v2 i = 0 1000
2

平均值 x = 90 0 单次测量标准偏差: s= ?vi = n- 1

自由度 u 4( a ) 0 424 = ? 36 4 a ) u 2 ( a ) 0 314 0 294 + + 4 ( 8 a) 2( a ) 合成标准不确定度 ( a)= u4 1( 4 1(
2 2 2 2 2 2 u2 c ( y ) = c bu ( b ) + c a u ( a ) = 0 05 + 0 42 =

0 1000 = 0 10 9

实际测量取 6 次平均值, 则 0 10 u 1( b ) = = 0 04 6 自由度 1 ( b ) = n - 1= 9 反射率仪数显量化 误差估算的不 确定度分量 u 2( b ) 由于反射率仪的分度值 d = 0 1, 作均匀分布, 则 0 1 = 0 03 ( 2 & 3) 自由度 2 ( b ) ? ( u 2 ( b) = ) 计算标准不确定度分量 u ( b ) 由于 u 1 ( b ) 、 u 2( b ) 相互独立,
2 2 2 则 u 2( b ) = u 2 1 ( b ) + u 2 ( b ) = 0 04 + 0 03 =

5 4

0 1789 uc ( y ) ? 0 42 5 5 有效自由度 u4 c( y ) 0 424 = 4 4 4 ? 36 u ( b ) + u ( a ) 0 05 + 0 42 ( b) ( a) 20 36 扩展不确定度
eff = 4

5 6

由 5 7

eff =

36

查表得 t 95 ( 36) = 2 03

U 95 = t 95 ( 36) & u c( y ) = 2 03 & 0 43 ? 0 9 报告 由上述分析得出 , 反射率仪示值误差测量结果的 扩展不确定度 U 95 = 0 9, 置信水准 p = 95% , 包含 因子 k = 2 03。 测量结果为 ( 90 0- 89 9) ! 0 9。
[ 编辑 : 赵淑兰 ]

0 0025 u ( b ) ? 0 05 自由度 ( b) = 4 u ( b ) 4 = u 1( b ) u 2( b ) + 1 ( b) 2( b )
工业计量 2003 年第 2 期
4

% 47 %


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