遼寧省計量科學(xué)研究院　石麗平

    三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈是通過球形光度計來檢定白熾燈泡總光通量的標(biāo)準(zhǔn)器。本文通過對三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的校準(zhǔn)，分析其各不確定度分量的來源，并對三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈不確定度進行評定。
    

一、概述

    依據(jù)JJG247-1991《總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈》檢定規(guī)程，對三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈在球形光度計內(nèi)用比較法進行測量,標(biāo)準(zhǔn)器為二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈。由于二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈是由一組不同功率的標(biāo)準(zhǔn)燈組成的,所以總不確定度用相對不確定度來表示。
    

二、數(shù)學(xué)模型

    φ=φ₀(I/I₀)⁶
    式中:φ₀——二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈總光通量標(biāo)準(zhǔn)值；φ——三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈總光通量示值；I——三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的電流值；I₀——二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的電流值。
    由于φ₀、I₀、I互不相關(guān)，于是有:
    
    

三、各不確定度分量的評定

    1.三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈校準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)
    (1)電測儀表引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₁(I)
    校準(zhǔn)三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈所用的多功能數(shù)字表引入的不確定度:來源于多功能數(shù)字表的傳遞誤差，其不確定度為U_rel=0.05%，k=2，則:
    
    (2)積分球和光電接收器的綜合光譜靈敏度，偏離CIE明視覺光譜光效率，而導(dǎo)致的異色光所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₂(I)
    檢定三級標(biāo)準(zhǔn)燈時，色溫相差100K，│k-1│≤0.003，k為色修正系數(shù)。對于同功率燈泡，色修正系數(shù)≤0.3%。對于不同功率的燈泡，引入修正系數(shù)后，剩余誤差為0.3%，屬均勻分布，取，故:
    
    (3)接收器非線性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₃(I)
    根據(jù)JJG247-1991的規(guī)定，光度測量系統(tǒng)的非直線性最大誤差為0.3%，屬均勻分布，取。故:
    
    (4)測量系統(tǒng)不穩(wěn)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₄(I):
    由實驗可知，用參考燈監(jiān)測，測量系統(tǒng)穩(wěn)定性引入的最大誤差為0.3%，屬均勻分布，取。故:
    
    (5)測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₅(I)
    對3種不同功率三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈在相同的條件下測量(見表1)，取n=10。
    

<CTSM>    表1  三種不同功率三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈在相同條件的測量數(shù)據(jù)</CTSM>
    合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差為:
    
    三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈校準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)為:
    
    2.二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(φ₀)
    (1)二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₁(φ₀)
    二級標(biāo)準(zhǔn)燈的不確定度為2.3%，屬正態(tài)分布，取k=3。
    則:
    (2)二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈年穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₂(φ₀)
    二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈年穩(wěn)定性不大于1%，屬正態(tài)分布，取k=3。故:
    
    二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(φ₀):
    
    3.二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈電流變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I₀)
    由實驗可知，在測量二級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈時，燈電流的相對不確定度為0.1%，取k=2。故:
    
    

四、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的評定

    合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到:
    
    

五、三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈擴展不確定度

    U_rel=3×2.0%=6.0%，k=3。    

六、測量不確定度的報告與表示

    三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈測量結(jié)果的不確定度測量范圍為(15～1000)W時:U_rel=6.0%，k=3。    

七、結(jié)束語

    目前，我國對各級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的檢定，均采用交流220V電壓供電，由于受交流電的影響，其不確定度較大。以上分析中，各項不確定度都是以最大誤差來分析的，在實際測量中各不確定度分量都小于文章中所給的數(shù)據(jù)。所以三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的最大標(biāo)準(zhǔn)不確定度為U_rel=6.0%，k=3。只要滿足上述不確定度的要求，就可開展三級總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的檢定。