劉海珍，鄭樹芳，溫曉輝，李林蔚，馬修才

（內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引 言

數(shù)字式氣壓計的計量特性必須符合相應(yīng)計量檢定規(guī)程和計量技術(shù)規(guī)范的要求，方可開展檢定或校準工作[1?2]。為了確保數(shù)字式氣壓計的準確性、可靠性與穩(wěn)定性，需定期對其進行量值溯源。但在兩次檢定或校準間隔之間，材料的不穩(wěn)定、元器件的老化、使用中的磨損、使用或保存環(huán)境的變化等因素，都可能導(dǎo)致數(shù)字式氣壓計的計量性能發(fā)生變化[3?5]。因此，在兩次檢定或校準間隔之間，需要定期或不定期地對數(shù)字式氣壓計進行有效的期間核查，使其計量性能得到有效控制，確保其檢定或校準狀態(tài)具有良好的置信度。目前，丁紅英等人對活塞壓力計的期間核查方法進行了研究[6]。該方法實現(xiàn)了對活塞壓力計通用性能和計量性能的核查，但并未對每次核查的數(shù)據(jù)進行對比，從而無法保證設(shè)備的計量性能在規(guī)定時間間隔內(nèi)，可得到持續(xù)有效的控制。

針對以上情況，本文研究設(shè)計了一種氣象用數(shù)字式氣壓計期間核查方案，該方案包括5 個方面，即核查標準的選擇、核查參數(shù)的選擇、核查頻次的確定、核查方法的設(shè)計以及核查結(jié)論的判定。本文以型號為XDY?06的0.01 級數(shù)字式氣壓計作為核查對象，以芬蘭維薩拉公司的型號為PTB220 的氣壓傳感器作為核查標準，對該核查方案進行驗證，從而證明該核查方案具有有效性與可行性。該方案不僅實現(xiàn)了對設(shè)備通用性能和計量性能的核查，還實現(xiàn)了對每次核查數(shù)據(jù)的對比，確保設(shè)備的計量性能在兩次檢定或校準間隔之間，可得到持續(xù)有效的控制。

1 核查標準的選擇

核查標準必須具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性，同時還需要具有核查的參數(shù)和量值[7]。芬蘭維薩拉公司的型號為PTB220 的氣壓傳感器采用硅電容式絕對壓力傳感器，傳感器的阻容振蕩電路保持了阻抗的穩(wěn)定，在長的時期內(nèi)不受環(huán)境溫度和濕度的影響，具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性[8]。同時，它的測量范圍為500～1 100 hPa，與數(shù)字式氣壓計的測量范圍相同。因此，本文選用芬蘭維薩拉公司的型號為PTB220 的氣壓傳感器作為數(shù)字式氣壓計期間核查的核查標準。該核查標準僅用于核查，并在實驗室需得到安全、有效的保存，以確保其穩(wěn)定性。

2 核查參數(shù)的選擇

期間核查參數(shù)的選擇必須遵循兩個原則：一是核查對象的關(guān)鍵測量參數(shù)；二是核查對象的基本測量范圍和常用測量點[7]。數(shù)字式氣壓計的測量范圍為500～1 100 hPa，本文中數(shù)字式氣壓計的期間核查點選擇了實際工作中使用的氣壓測量范圍的最低點、最高點和中間點，即：500 hPa，1 100 hPa 和900 hPa。

3 核查方法的設(shè)計

根據(jù)JJF1033—2016《計量標準考核規(guī)范》[9]和GB/T 27025—2019《檢測和校準實驗室能力的通用要求》[10]的相關(guān)規(guī)定可知，期間核查主要是對測量設(shè)備的通用性能和計量性能兩大項進行核查。

3.1 通用性能的核查

數(shù)字式氣壓計通用性能核查方法為：接通數(shù)字式氣壓計的電源并打開其開關(guān)，設(shè)備顯示通電正常，測量數(shù)據(jù)無跳變等異常現(xiàn)象，設(shè)備各項參數(shù)正確，功能鍵正常且均達到預(yù)期，則判定數(shù)字式氣壓計的通用性能符合要求。

3.2 計量性能的核查

數(shù)字式氣壓計計量性能核查方法：本文以型號為XDY?06 的0.01 級數(shù)字式氣壓計（最小分辨力為0.001 hPa，測量范圍為500～1 100 hPa）作為核查對象，以芬蘭維薩拉公司型號PTB220 氣壓傳感器（最小分辨力為0.01 hPa、測量范圍為500～1 100 hPa）作為核查標準，在溫度為（20±2）℃、濕度不大于85% RH 的環(huán)境條件下[11]，將數(shù)字式氣壓計和氣壓傳感器放置在同一水平面上，并分別連接到PG6000 氣壓發(fā)生器（測量范圍為500～1 100 hPa上，打開氣壓發(fā)生器和數(shù)字式氣壓計開關(guān)，接通氣壓傳感器讀數(shù)裝置，分別設(shè)定氣壓核查點為500 hPa，900 hPa 和1 100 hPa。當氣壓發(fā)生器內(nèi)的氣壓達到設(shè)定值，數(shù)字式氣壓計正常顯示測量數(shù)據(jù)，無異常現(xiàn)象，穩(wěn)定10 min 后，分別讀取并記錄數(shù)字式氣壓計和核查標準的示值，每10 s 讀取1 次，共讀取10 次；之后計算各核查點核查對象和核查標準測量數(shù)據(jù)的平均值，將經(jīng)修正后的數(shù)字式氣壓計示值平均值減去核查標準示值平均值作為核查結(jié)果。

將數(shù)字式氣壓計經(jīng)上級計量技術(shù)機構(gòu)溯源返回實驗室后立即進行首次核查的結(jié)果作為基值，后續(xù)每次核查的結(jié)果與其進行比較，得出差值Y。由于在檢定或校準工作中，數(shù)字式氣壓計需要加修正值使用，所以在后續(xù)核查中，當各氣壓核查點的差值Y都小于或等于其對應(yīng)核查點修正值的擴展不確定度時，則判定數(shù)字式氣壓計的測量范圍和氣壓示值均符合要求。

以上兩項均符合要求，即說明數(shù)字式氣壓計的原始狀態(tài)持續(xù)有效、可信；否則分析原因，評估其產(chǎn)生偏移的嚴重程度，并采取糾正措施及驗證，必要時送上級計量技術(shù)機構(gòu)進行檢定或校準。

4 核查頻次的確定

數(shù)字式氣壓計的期間核查就是在兩次檢定或校準間隔之間，選定同一核查標準，在相同的工作環(huán)境下，對氣壓量值進行定期或不定期的核查。一般情況下，數(shù)字式氣壓計經(jīng)上級計量技術(shù)機構(gòu)檢定或校準返回實驗室后，立即進行首次核查，確定其初始檢定校準狀態(tài)或初始測量過程狀態(tài)，以便與后續(xù)的核查數(shù)據(jù)作對比。后續(xù)的核查可以按照年度核查計劃，在數(shù)字式氣壓計經(jīng)溯源返回實驗室半年左右進行一次核查，數(shù)字式氣壓計下一次溯源前一個月左右進行一次核查，中間由于某種特殊原因，如數(shù)字式氣壓計脫離實驗室直接控制后進入實驗室，或其出現(xiàn)異常，或其使用頻繁，或其測量環(huán)境有重大變化，或其即將被用于特殊測量時，均可增加核查頻次。

5 核查結(jié)論的判定

5.1 核查結(jié)果

本文中數(shù)字式氣壓計在兩次檢定或校準間隔內(nèi)，期間核查的頻次為5 次，每次核查中各氣壓核查點上的測量次數(shù)為10 次，取各點平均值，然后計算得到每次核查中各氣壓核查點核查對象的氣壓示值誤差平均值，公式如下：

式中：ΔP為每次核查中各氣壓核查點核查對象的氣壓示值誤差平均值，單位為hPa；為每次核查中各氣壓核查點核查對象經(jīng)修正后的氣壓示值平均值，單位為hPa；為每次核查中各氣壓核查點核查標準的氣壓示值平均值，單位為hPa。

將數(shù)字式氣壓計經(jīng)檢定或校準后首次核查中各氣壓核查點的氣壓示值誤差平均值設(shè)為ΔP0，后續(xù)的4 次核查中各氣壓核查點的氣壓示值誤差平均值依次設(shè)為ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4。數(shù)字式氣壓計每次核查中各氣壓核查點氣壓示值誤差平均值（即核查結(jié)果）的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 數(shù)字式氣壓計每次核查中各氣壓核查點的氣壓示值誤差平均值（核查結(jié)果）hPa

5.2 核查結(jié)果的驗證

由JJF1033—2016《計量標準考核規(guī)范》[9]和測量儀器特性評定[12]的相關(guān)規(guī)定可知，數(shù)字式氣壓計各核查點修正值的擴展不確定度必須小于或等于數(shù)字式氣壓計最大允許誤差的1 3。數(shù)字式氣壓計經(jīng)上級計量技術(shù)機構(gòu)檢定為0.01 級合格，其最大允許誤差為±0.1 hPa，則數(shù)字式氣壓計各核查點修正值的擴展不確定度最大為0.033 hPa。

通過比較數(shù)字式氣壓計后續(xù)核查中各氣壓核查點示值誤差平均值與首次核查中各氣壓核查點示值誤差平均值的差值的絕對值（即后續(xù)核查中各氣壓核查點相對于首次核查的變化量）是否均小于或等于對應(yīng)氣壓核查點修正值的擴展不確定度，來驗證數(shù)字式氣壓計后續(xù)每次核查中各氣壓核查點示值誤差平均值（即核查結(jié)果）是否均合格，從而判定數(shù)字式氣壓計的測量范圍和氣壓示值是否均符合要求。驗證結(jié)果見表2。

表2 數(shù)字式氣壓計后續(xù)核查中各氣壓核查點核查結(jié)果的驗證hPa

經(jīng)驗證，數(shù)字式氣壓計在兩次檢定或校準間隔之間，后續(xù)的每次核查中各氣壓核查點示值誤差平均值（即核查結(jié)果）均合格，則判定數(shù)字式氣壓計在此期間的測量范圍和氣壓示值均符合要求。

5.3 核查結(jié)論的判定

數(shù)字式氣壓計在兩次檢定或校準間隔之間，經(jīng)該方案核查，其通用性能和計量性能均符合要求。因此，數(shù)字式氣壓計在此期間的原始狀態(tài)是持續(xù)有效、可信的。

如果數(shù)字式氣壓計經(jīng)該方案核查，發(fā)現(xiàn)其性能不符合要求，則需要分析原因。若懷疑是設(shè)備本身造成的，則應(yīng)及時送往上級計量技術(shù)機構(gòu)重新檢定或校準；若懷疑是由粗大誤差、人員操作、環(huán)境影響或核查標準發(fā)生變化等因素造成的，則應(yīng)采取適當?shù)募m正措施，糾正完成后應(yīng)立即再次進行核查，核查發(fā)現(xiàn)設(shè)備還不符合要求，則應(yīng)將其送往上級計量技術(shù)機構(gòu)重新檢定或校準[13?14]。

6 結(jié) 語

本文針對氣象用數(shù)字式氣壓計提出了一種期間核查方案，該方案包括核查標準的選擇、核查參數(shù)的選擇、核查方法的設(shè)計、核查頻次的確定以及核查結(jié)論的判定五個方面。本文通過實驗對該方案進行了驗證，確定了該方案的有效性和可行性。該方案不僅實現(xiàn)了對設(shè)備通用性能和計量性能的核查，還實現(xiàn)了對每次核查數(shù)據(jù)的對比，確保設(shè)備的計量性能在兩次檢定或校準間隔之間，可得到持續(xù)有效的控制。其他氣象用測量設(shè)備的期間核查，可參考該核查方案進行。