光照度计校准结果测量不确定度评定

摘 要：照度与人们的生活有着密切的关系，光照度计作为照明测量中常用的测量仪器，广泛应用于工农业生产、建筑、影视和医疗卫生等行业中。为了对光照度计的不确定度进行分析，找出影响不确定度的因素，并对不确定度进行评估，给出不确定度，如实反映测量的置信度和准确性，应用测量不确定评定理论，该文以JJG245-2005为测量依据，通过建立数学模型，对光照度计校准结果的不确定度进行了分析，得出用光照度计校准结果的不确定度在100lx处，为Urel=1lx。

关键词：测量不确定度 评估分析 光照度计

中图分类号：TN23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0054-02

1 测量原理与环境

照明与人们的生活有着密切的关系，充足的光照，可防止人们免遭意外事故的发生。反之，过暗的光线可引起人体疲劳的程度远远超过眼睛的本身。因此，不适或较差的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一[1]。光照度计作为照明测量中常用的测量仪器，广泛应用于工农业生产、建筑、影视和医疗卫生等行业中，为了对光照度计的不确定度进行分析，找出影响不确定度的因素，并对不确定度进行评估，给出不确定度，如实反映测量的置信度和准确性，应用测量不确定评定理论，该文以JJG245-2005为测量依据，通过建立的数学模型，对光照度计校准结果的不确定度进行了分析。

1.1 测量方法

光照度计的校准主要是对光照度示值误差的确认，采用光强标准灯法进行校准，由光强标准灯在一定距离的位置产生的光照度来校准被检表。

光照度测量示值误差检定装置主要由光强标准灯、带标尺光轨（含探测器小车、挡光屏、灯架小车）、直流稳流稳压电源（数显）组成，整个校准过程应在暗室进行。通过移动光度头位置，调整光度头与光强标准灯之间的距离，使光强标准灯在光度头受光面上产生不同的光照度值E，根据光强和照度之间公式E=I/l2算出标准值直接和仪器读数对比，得出仪器示值误差，检定装置如图1所示。

1.2 测量工具和仪器设备

（1）直流稳流稳压电源（数显）WY1

2010：1台，电压（12～120）V，电流（1～10）A；电压稳定度小于0.02%/30min。

（2）发光强度标准灯：1支，284.1cd，U=0.8%，k=2；

（3）测光导轨10m：1个，（0.1～10）m，MPE：±0.2 mm/m（包括比高器、垂直平面对准装置、探头座小车、光阑、灯座小车）。

1.3 环境条件

校准实验室应为暗室，避免周围环境带来的杂散光进入测光系统，温度应保持在（20±5）℃。测光系统及电测仪表所在房间的温度应保持在（20±2）℃、湿度应小于85%RH。

2 数学模型

2.1 建立数学模型

ΔE=-，

式中：

ΔE――被检照度计的示值误差；

――被检照度计显示值的平均值；

――标准灯的发光强度，=284.2cd；

――供给标准灯的电流，=5.8930A；

――标准灯的灯丝平面到光度头测试面的距离，=1.6855m。

2.2 灵敏系数

c1=ΔE/E=1，

c2=ΔE/I==-0.357m-2，

c3=ΔE/l==118.65cd/m3。

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 输入量的标准不确定度u（）的评定

u（）的来源主要是照度计的测量不重复性，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。

在给定电流（i=5.8980A）下点燃标准灯，固定标准灯的灯丝平面到光度头测试面的距离（l=1.6858m），连续10次读取照度计的显示值结果分别是：98.6、98.1、98.3、98.2、98.2、98.5、98.3、98.5、98.7、98.4。

单次实验标准差为：

s（E）==0.185（lx），

实际校准以2次测量平均值作为测量结果，则

u（）=s（）=s（E）/=0.133（lx），

其自由度为：υ=n-1=9。

3.2 输入量I的标准不确定度u（I）的评定

u（I）的来源主要由光强值的不确定度及电测系统的不确定两部分组成，均用B类方法评定。

3.2.1 光强值的不确定度

由发光强度一级标准灯的校准证书得到，测量结果的相对扩展不确定度U=0.8% k=2。则光强值的标准不确定度为：

u（I1）==1.136 （cd）

估计=0.25，则自由度为

υ（I1）==8。

3.2.2 电测系统的不确定度

虽然供给标准灯工作与校准时的电流，数值上完全相同，但由于两种工作条件下所用电测设备一般不完全相同，所以供给灯的实际电流值存在差异，估计两者最大差异可达0.04%，此项服从均匀分布，则电流值的相对标准不确定度为：

ur（i）==0.0115%，

由经验公式：，

得知，由于电流的不确定度带给光强的标准不确定度为：

u2（I2）=284.1×6×0.0115%=0.196（cd），

由于此不确定度是按电流的最大差异计算的，则认为：

υ（I2）∞。

3.3 输入量I的标准不确定度u（I）的评定

u（l）的来源主要由测量距离的不确定度及光度头与灯丝平面调节的不确定度两部分组成，均用B类方法评定。

3.3.1 测量距离的不确定度

该规程规定，光轨测距米尺1 m内的总误差不大于0.2 mm。此项服从均匀分布，则测量距离的标准不确定度为：

u（l1）==0.0002（m）。

由于此项不确定度是按测距的最大允许误差计算的，则认为：

υ（l1）∞。

3.3.2 光度头与灯丝平面调节的不确定度

根据实验经验与相关资料判定，光度头与灯丝平面的调整带来的对l值的影响不会超过±1 mm，服从三角分布，则光度头与灯丝平面的调整带给l值的标准不确定度为

u（l2）==0.0004（m），

同样认为：υ（l2）∞。

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见表1。

4.1 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（ΔE）==0.433（lx）

相对标准不确定度为：

uc（ΔE）r==0.434%

有效自由度为：

υeff==

≈10。

4.2 扩展不确定度的评定

取置信概率p=95%，由t分布表查得：t（10）=2.28。

扩展不确定度为：

U= t（10）uc（ΔE）r=0.99%。

4.3 相对测量不确定度报告

此照度计在标准照度为100lx处，示值误差的测量结果不确定度为：

Urel=1lx；k=2。

5 结语

该文以JJG245-2005为测量依据，通过建立数学模型，对光照度计校准结果的不确定度进行了分析，得出用光照度计校准结果的不确定度在100 lx处，为Urel=1lx。并对不确定度进行评估，给出不确定度，如实反映测量的置信度和准确性，应用测量不确定评定理论。

参考文献

[1] 齐凤河，刘楚明.基于BH1710的照度计设计[J].大庆师范学院学报，2011，31（6）：14-17.

[2] 叶德培，赵峰，施昌彦，等.国家计量技术规范（JJF1059.1-2012）：测量不确定度评定与表示[S].北京：中国计量出版社，2012.

[3] 姜晓梅，高执中.国家计量检定规程（JJG 245-2005）[S].北京：中国计量出版社，2005.