1.2～24K国家温度工作基准不确定度的评定

　　0　前言

　　按1990年国际温标(ITS-90)[1]的规定:在0.65—5K间,温度是用3He或4He的蒸气压来定义的。在3.0—24.5561K之间,温度是用3He或4He气体温度计定义。如果按ITS-90规定复现1.2K—24K温标,国内尚不具备条件[2],因此有必要在1.2—24K建立一个临时工作基准:将现有的五支由英国国家物理所(NPL)按1976年临时温标(EPT-76)[3]分度的铑铁温度计,转换成ITS-90温度。然后,用这五支温度计的平均值给这五支温度计重新赋值,再利用这五支温度计去分度另外三支温度计。同时,在13.8033K与我国建立的ITS-90温度值光滑连接,这样就建立了我国1.2—24K的国家温度工作基准温度计组[4]。本文依据ISO第4技术顾问组第3次会议通过的《测量不确定度表达指南》[5],对该项工作实现的不确定度给予评定。

　　1　不确定度各个分量评定

　　1.1　A类不确定度(u1)

　　铑铁温度计拟合的标准不确定度是由统计的方法得来的。在这五支温度计中,温度计A19在所有的温度点,其不确定度都是最大的,因此用这支温度计的测量标准误差作为工作基准组的标准不确定度。

　　1.2　B类不确定度

　　1.2.1　电阻测量引入的不确定度

　　电阻的计算公式为

　　式中,R为温度计的电阻值;X为电桥读数;Rs(t)为标准电阻在温度t时的电阻值。

　　式中,RS20为标准电阻在20℃的电阻值;α和β为标准电阻的温度系数。将(2)式代入(1)式,然后对(1)式全微分,弃去二次无穷小量,可得:

　　式中,dR是电阻测量的不确定度;dRS20是标准电阻的检定不确定度;dt为油恒温器温度测量不确定度;dX为电桥本身的不确定度,根据电桥说明书dX=(2X+1)×10-7。dR,dRS20和dt三项互不相关,因此相关系数为零。公式中的参量在各个温度点的值如表1所示。

　　1.2.1.1　(4)式等号右边第一项是电桥测量引入的不确定度u2:

　　这项不确定度为标准不确定度,可以认为具有30%的不可靠性,其自由度为ν2=1/[2×(30%)2]=6,见表2。

　　1.2.1.2　(4)式等号右边第二项是由标准电阻的不确定度引入的不确定度U3:

　　此项标准不确定度应为t分布,在置信水平99%,自由度为13时,其包含因子为3.01,故u3=U3/3.01,见表2。

　　1.2.1.3　(4)式等号右边第三项是油恒温器的温度测量引入的不确定度u4:

　　这项不确定度是标准不确定度,其不可靠性约为20%,自由度为13,见表2。

　　1.2.2　两台电桥测量间引入的不确定度u5

　　实验中采用两台9975电桥,分别测量两支被比较温度计,测量间引入的不确定度最大不超过0.00001Ω,自由度为13,见表2。