铁路专用轻便型红外测温仪的测量不确定度分析

　　铁路专用轻便型红外测温仪(以下简称红外测温仪)是用于测量列车的轴温及列车上电气设备温升的铁路专用量具。中华人民共和国铁道部于1995年3月颁布了JJG(铁道)149—94铁路专用轻便型红外测温仪检定规程。铁路车辆段的红外轴探站每天用它与热轴探测系统(地面扫描)的测温结果相比对,验证轴探系统的辐射测温准确性。客车列检用它检测轴温与轴温巡检报警器的检测结果作比较,当轴报器报警时,用以验证热轴或线路故障。列检所在红外轴探系统预报热轴时,用它验证是否真热轴,作为决定是否甩车的依据之一。由此看出,红外测温仪使用场合的重要性不言而喻,有必要分析其测量结果的不确定度。

　　1　红外测温仪检定的测量方法及数学模型

　　根据JJG (铁道) 149—94铁路专用轻便型红外测温仪检定规程,用经中国计量科学研究院检定过的面源黑体作为标准用红外测温仪对准面源黑体的靶心,直接测量辐射温度。以红外测温仪的y与面源黑体的标准值x1作比较,获得偏移量x2,这样可以建立测量的数学模型:

　　2　评定分量标准不确定度

　　由式(1),当全部不确定度分量的标准差ui彼此独立时,给出了合成标准不确定度,以uc表示,则

　　从以上分析可看出,评定红外测温仪的测量不确定度就是要评定出两个分量不确定度,即面源黑体的标准不确定度u1和偏移量的标准不确定度u2,下面我们对u1和u2进行具体分析。

　　2.1　面源黑体的标准不确定度

　　面源黑体的标准不确定度由以下3个分量组成:

　　(1)上级计量机构检定时引入的标准不确定度u11

　　我们使用的面源黑体经中国计量科学研究院检定,其给出的测量不确定度为1℃,按置信概率p=0.99的t分布临界值得覆盖因子k=3,则标准不确定度u11为:

　　这个结果很可靠,因此自由度v11=∞。

　　(2)面源黑体靶面温场不均匀引入的标准不确定度u12

　　由于面源黑体结构上的原因,其靶面上各点辐射温度最大可相差1℃,为消除该影响,我们每次检定时红外测温仪均瞄准靶心,也就是说红外测温仪始终测量同一点的辐射温度,这样面源黑体靶面温场不均匀引入的标准不确定度u12可忽略不计,即u12=0,此估计很可靠,v12=∞。

　　(3)环境温度变化引入的标准不确定度u13

　　随着环境温度的变化,面源黑体的辐射温度也会发生变化,为消除此影响,我们在每次检定时将环境温度始终控制在同一温度点上(例如20℃),则环境温度变化产生的标准不确定度u13可忽略不计,即u13=0,此估计很可靠,v13=∞。