照度測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

路燈照度測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定摘要：通過(guò)具體試驗(yàn)，簡(jiǎn)要介紹公路路燈照度測(cè)量方法；重點(diǎn)分析測(cè)量結(jié)果不確定度的影響因素及評(píng)定方法。關(guān)鍵詞：路燈；照度；不確定度0引言電力能源是主要能源之一，而公用設(shè)施的照明用電又是能源消耗的一個(gè)不可忽視的部分。在我國(guó)大力提倡節(jié)約能源的今天，公路路面照明的節(jié)能應(yīng)予以重視。本市某新區(qū)的路面照明視覺(jué)上感到亮度偏高，為了摸清該公路現(xiàn)實(shí)照明的情況和準(zhǔn)備采取相應(yīng)節(jié)能措施，對(duì)路燈照明進(jìn)行抽樣照度測(cè)量。測(cè)量方法1.1儀器設(shè)備數(shù)字式照度計(jì)：準(zhǔn)確度等級(jí)為1級(jí)，量程共4檔，本次測(cè)量用0-199.9lx,分辨率為0.1lx；智能調(diào)控儀。1.2測(cè)量對(duì)象和方法被測(cè)對(duì)象為低壓鈉光燈（NO1,NO2）,功率75W，測(cè)量點(diǎn)分布為單燈正下方和兩燈中間，共（A、B、C）3個(gè)點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。NO1NO2> ?■:\/0\h\/\y1\1rACB圖1燈距地面高度h=12m,兩燈相距之間距離S=25m,AC=Be=S/2。0為C點(diǎn)入射光線與該點(diǎn)法線之夾角。數(shù)學(xué)模型E=E+Es+E0+Eb ⑴n式中，E為被測(cè)點(diǎn)照度實(shí)際值，lx；E為同一被測(cè)量點(diǎn)n次測(cè)量n值的平均值，lx；Es為由測(cè)量?jī)x器（最大）允許基本誤差所決定的s修正值，lx；E0為測(cè)量?jī)x器角度響應(yīng)誤差所決定的修正值，lx；Eb0b為測(cè)量?jī)x器年變化率所決定的修正值，lx。在計(jì)算照度實(shí)際值時(shí)，并未加各修正值，即E、E0、Eb均為0，s0b但在不確定度評(píng)定中應(yīng)估計(jì)其不確定度。不確定度評(píng)定測(cè)量結(jié)果重復(fù)性的不確定度測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性與電源電壓波動(dòng)、環(huán)境條件的微小變化等有關(guān)，其不確定度按A類方法，即統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)定。測(cè)量數(shù)據(jù)3次測(cè)量數(shù)據(jù)及其平均值見(jiàn)表1。

表1測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)照度值E(lx)第1次(Q第2次(E2)第3次(E3)平均值(E)A121123122122.0B125126126125.6C57595858.03.1.2單次測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)測(cè)量結(jié)果接近正態(tài)分布，由于測(cè)量次數(shù)較少，可按極差法評(píng)定其單次測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S(E)S(Ei)=R/C (2)式中，R為極差，即測(cè)量數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差；C為系數(shù),可由有關(guān)資料，根據(jù)測(cè)量次數(shù)n查找。由n=3查得C=1.69，對(duì)A、C點(diǎn)R=2；B點(diǎn)R=1，由式(2)，A點(diǎn)、C點(diǎn)S(Ea)=S(EC)=2=1.18lx；AC1.69B點(diǎn)S(Eb)=丄=0.59lxB1.69三次測(cè)量結(jié)果平均值的不確定度測(cè)量結(jié)果平均值的不確定度ua(E)可用平均值的標(biāo)準(zhǔn)差S(E)表示，即uA(E)=S(e)=S(E)/需 (3)由式(3)，3次(n=3)測(cè)量結(jié)果平均值的不確定度為對(duì)A對(duì)A點(diǎn)為uA(T)=果1=0.68lx，AA忑按同樣計(jì)算方法B點(diǎn)、C點(diǎn)的不確定度UA(EB)=0.34lx,UA(EC)=0.68lx。計(jì)算數(shù)據(jù)歸納于表2。表2測(cè)量結(jié)果平均值的不確定度測(cè)量點(diǎn)S(E)uA(E)A1.180.68B0.590.34C1.180.68測(cè)量?jī)x器(最大)允許誤差的不確定度測(cè)量用儀器為1級(jí)照度計(jì),根據(jù)儀器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和有關(guān)文獻(xiàn),其(最大)允許誤差A(yù)E以下式表示為AE=±(4%FS+bd) (4)式中，F(xiàn)S為儀器測(cè)量時(shí)使用的量程，lx；b為數(shù)字量化過(guò)程中的量化誤差系數(shù)，一般為1；d為末位一個(gè)數(shù)字所表示的值，lx；本次測(cè)量使用量程為199.9lx，d=0.1lx，由式(4)AE=±8.1lx。此不確定度按B類方法評(píng)定，估計(jì)其概率分布為正態(tài)分布，半寬為8.1lx，取包含因子k=2，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(Es)為BSuB(Es)=8.1/k=8.1/2~4.0lx。角度響應(yīng)誤差的不確定度當(dāng)光源的照射方向與被照射點(diǎn)法線方向不一致時(shí)，其照度值應(yīng)符合余弦定律，即其水平照度正比于入射光線與被照點(diǎn)法線夾角9的余弦(cos9)。為使照度計(jì)接受器在不同9下符合余弦定律，一級(jí)和二級(jí)照度計(jì)均有余弦校正器，其角度響應(yīng)誤差e°隨e角不同。本次測(cè)量用照度計(jì)e與e關(guān)系如下表3。表3角度響應(yīng)誤差不確定度e30°60°80°ee(%)<+2<+5<+12由圖1,h=12,S/2=12.5,tane=竺=1.04,e^46°10，h由表3,取e=60°e=±5%。對(duì)A、B點(diǎn)為垂直照射，即光源照射方向與被照射點(diǎn)法線一致,不存在角度響應(yīng)誤差,因此,這項(xiàng)誤差僅存在于C點(diǎn)。光源NO1-C,N02-C方向平均照度之和為58lx(見(jiàn)表1),因兩光源對(duì)C點(diǎn)對(duì)稱，取其半(29lx)為每個(gè)光源對(duì)該點(diǎn)的照度。由此，C點(diǎn)角度響應(yīng)誤差為：e二土5%X29=土1.45lx。由e貢9 9獻(xiàn)的不確定度分量按B類不確定度評(píng)定，其半寬為1.45lx，估計(jì)為均勻分布,其不確定度為：uB(Ee)=1.45/朽=0.84lx。兩燈對(duì)C點(diǎn)照度對(duì)稱，合成不確定度為：uCB(Ee)=￡2u2(e9)=、2uB(Ee)=1.19lx。B9源于照度計(jì)年變化率的不確定度根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，一級(jí)照度計(jì)的年變化率不超過(guò)土3%。按B類方法評(píng)定，其半寬對(duì)A點(diǎn)為：EbA=廠X3%=122X3%=3.7lx,估計(jì)為均bAA勻分布，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(EbA)為：uB(EbA)=EbA=3.7=2.1lx,按同樣計(jì)算方法，B點(diǎn)、C點(diǎn)分別為：uB(EbB)=2.2lx；uB(Ebc)=1.0lx。合成不確定度由于各輸入量互不相關(guān)，由不確定度傳播律，其合成不確定度

uC(E)以下式表示u+[Cu(E)1+[Cu(E)1+[Cu(E)?u2BS 3B0 4Bb5)由式(1),上式中各靈敏系數(shù)C〔=C=C3=C4=15)度為1c3 4度為66)C(E)—\；u2(E)+u2(E)+u2(E)+u2(E)A BSB0Bb由式(6)，A、B、C三點(diǎn)的合成不確定度分別為：uC(EA)=4.57lx；uC(EB)=4.58lx；uC(EuC(EA)=4.57lx；合成不確定度及其分量匯總表為表4。表4合成不確定度及其分量測(cè)量點(diǎn)uA(E)ub(e°)u(E)cA0.684.02.14.6B0.344.02.24.6C0.684.01.21.04.33.6、擴(kuò)展不確定度擴(kuò)展不確定度以式(7)表示U(E)=kuC(E)式中：k為包含因子，(7)一般工業(yè)測(cè)量取k=2。由式(7),對(duì)A、B點(diǎn)：U(EA)=U(EB)=2X4.6=9.2lx；對(duì)C點(diǎn)U(EC)=2X4.3=8.6lx。如以相對(duì)值表示分別為A點(diǎn)：U(EA)=U(EA)心=7.5%；re1AE122AB點(diǎn)：Ure1(EB)=7.3%；C點(diǎn)：Ue1(EC)=14.8%。4結(jié)束語(yǔ)從測(cè)量不確定度評(píng)定結(jié)果看其數(shù)值較大，原因主要是測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確度低，由表4可看出，來(lái)源于最大允許誤差的相對(duì)不確定度，對(duì)A、B、C