中华人民共和国国家计量技术规范
海水声速仪校准规范
Calibration Specification for Seawater Sound Velocimeters
2025‑11‑05 发布2026‑02‑05 实施
国家市场监督管理总局发布
JJF 2346—2025
海水声速仪校准规范
Calibration Specification for
Seawater Sound Velocimeters
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归口单位:全国海洋专用计量器具计量技术委员会
主要起草单位:国家海洋标准计量中心
参加起草单位:天津理工大学
无锡市海鹰加科海洋技术有限责任公司
本规范委托全国海洋专用计量器具计量技术委员会负责解释
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本规范主要起草人:
胡波(国家海洋标准计量中心)
王宝森(国家海洋标准计量中心)
于小焱(国家海洋标准计量中心)
参加起草人:
李志伟(天津理工大学)
张宝峰(天津理工大学)
崔海英(无锡市海鹰加科海洋技术有限责任公司)
陈钧(无锡市海鹰加科海洋技术有限责任公司)
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目录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围………………………………………………………………………………… ( 1 )
2 引用文件…………………………………………………………………………… ( 1 )
3 术语………………………………………………………………………………… ( 1 )
4 概述………………………………………………………………………………… ( 1 )
5 计量特性…………………………………………………………………………… ( 1 )
5.1 示值误差……………………………………………………………………… ( 1 )
5.2 测量重复性…………………………………………………………………… ( 1 )
6 校准条件…………………………………………………………………………… ( 2 )
6.1 环境条件……………………………………………………………………… ( 2 )
6.2 测量标准及其他设备………………………………………………………… ( 2 )
7 校准项目和方法…………………………………………………………………… ( 3 )
7.1 校准项目……………………………………………………………………… ( 3 )
7.2 校准方法……………………………………………………………………… ( 3 )
8 校准结果…………………………………………………………………………… ( 5 )
8.1 校准记录……………………………………………………………………… ( 5 )
8.2 校准证书……………………………………………………………………… ( 5 )
9 复校时间间隔……………………………………………………………………… ( 6 )
附录A 海水声速仪校准记录表……………………………………………………… ( 7 )
附录B 海水声速仪温度校准结果的不确定度评定示例…………………………… (11)
附录C 海水声速仪声速校准结果的不确定度评定示例…………………………… (14)
附录D 海水声速仪压力校准结果的不确定度评定示例…………………………… (18)
Ⅰ
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引言
JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编
写规则》、JJF 1059. 1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工
作的基础性系列规范。
本规范结合海水声速仪的发展和使用现状,参考了HY/T 101—2007 《海水声速
仪检测方法》的部分内容进行制定。
本规范为首次发布。
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Ⅱ
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1
海水声速仪校准规范
1 范围
本规范适用于海水声速仪温度、声速和压力参数的校准。
2 引用文件
本规范引用了以下文件:
JJG 59—2007 活塞式压力计检定规程
JJG 763—2019 温盐深测量仪检定规程
JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示
HY/T 101—2007 海水声速仪检测方法
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本规范。
3 术语
下列术语和定义适用于本规范。
3.1 海水声速仪seawater sound velocimeter
测量海水中声波传播速度的仪器。
[来源:HY/T 101—2007,3]
4 概述
海水声速仪(以下简称声速仪) 是用于测量海水中声波传播速度的仪器。海水声
速的测量原理有两种,一种是环鸣法直接测量声信号在固定已知距离内往返多次传播
时间进而得到声速; 另一种是利用测得的温度、盐度和压力, 通过经验公式来计算
声速。
5 计量特性
5.1 示值误差
示值误差包括温度示值误差、声速示值误差和压力示值误差。典型声速仪的示值
误差要求见表1。
5.2 测量重复性
测量重复性包括温度测量重复性、声速测量重复性和压力测量重复性。典型声速
仪的测量重复性要求见表1。
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2
表1 典型声速仪计量性能要求
要素
温度/℃
声速/ (m/s)
压力/MPa
测量范围
最大允许误差
测量重复性
测量范围
最大允许误差
测量重复性
最大允许误差
测量重复性
计量性能
0~35
±0.10
≤0.033
1 400~1 600
±0.75
≤0.25
±2.0%FS
≤0.2
6 校准条件
6.1 环境条件
实验室环境温度:(20±5) ℃;
实验室环境相对湿度:不大于80%。
6.2 测量标准及其他设备
声速仪校准所需主要计量器具及配套设备的计量性能宜不低于表2 的规定,也可
根据声速仪的指标来选择适宜的标准器。
表2 声速仪校准所需主要计量器具及配套设备的技术指标
设备名称
标准铂电阻温度计
测温电桥
中国系列标准海水
实验室盐度计
恒温槽
工作介质
活塞式压力计或数字式压力计
注:
1 可以用高精度温度传感器代替标准铂电阻温度计和测温电桥,高精度温度传感器最大允
许误差绝对值不大于海水声速仪温度最大允许误差绝对值的1/3。
2 可以用高精度电导率传感器代替中国系列标准海水和实验室盐度计, 最大允许误差
±0.005 mS/cm。
技术指标
二等
Urel=2×10-6,k=2
二级
MPE:±0.002
控温波动性:≤0.005 ℃;温场均匀性:≤0.005 ℃
纯净大洋海水
量程不小于声速仪压力传感器的量程;最大允许误差绝对值不
大于声速仪压力传感器最大允许误差绝对值的1/3
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3
7 校准项目和方法
7.1 校准项目
温度示值误差、声速示值误差、压力示值误差、温度测量重复性、声速测量重复
性和压力测量重复性。
7.2 校准方法
7.2.1 外观检查
用目测或手感等方法进行外观检查。仪器的紧固件、接插件等不应有松动现象,
不得有影响正常性能测试的外观损伤。
7.2.2 温度示值误差
在声速仪常用测量范围内,选取35 ℃、30 ℃、25 ℃、20 ℃、15 ℃、10 ℃、5 ℃、
0.5 ℃中不少于5 个温度点作为温度校准点,通常按照降温顺序完成温度校准。
将声速仪的温度传感器全部浸入工作介质内,标准铂电阻温度计尽量靠近声速仪
温度传感器,盖好恒温槽保温盖。
恒温槽内温度控制达到表1 中所要求的技术指标后,测温电桥与声速仪同时测量,
测量时间不少于3 min 且不少于10 组测量数据,取对应测量结果的算术平均值分别作为
该校准点上的标准温度值和声速仪温度示值,并记录。记录格式见附录A 中的表A.1。
按公式(1) 计算温度示值误差:
Δtj = tj - tsj (1)
式中:
Δtj ——第j 个温度校准点的温度示值误差,℃;
tj ——第j 个温度校准点的声速仪温度示值,℃;
tsj ——第j 个温度校准点的标准温度值,℃。
7.2.3 声速示值误差
声速示值误差校准与温度示值误差校准同步进行。在7.2.2 操作时,同步记录声速
仪数据,并计算声速仪的声速平均值作为声速示值。记录格式见表A.2。
7.2.3.1 标准声速计算
进行7.2.2 操作的同时,获取标准盐度值Ss和声速仪的压力值p,与7.2.2 计算的标
准温度值ts代入海水经验公式(2),计算标准声速值。
vsj = vW ( tsj,pj )+ vC ( tsj,pj )+ A( tsj,pj ) Ssj + B ( tsj,pj ) S32s
j + D ( pj ) Ssj
2 (2)
式中:
vsj ——第j 个温度校准点上恒温槽海水中标准声速值,m/s;
tsj ——第j 个温度校准点的标准温度值,℃;
pj ——第j 个温度校准点的声速仪压力值,MPa;
Ssj ——第j 个温度校准点的标准盐度值;
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4
vW ( tsj,pj )= 1 402.388 + 5.037 11tsj - 5.808 52 × 10-2 tsj
2 + 3.342 0 × 10-4 tsj
3 -
1.478 0 × 10-6 tsj
4 + 3.146 4 × 10-9 tsj
5 +( 1.535 63 + 6.898 2 ×
10-3 tsj - 8.178 8 × 10-5 tsj
2 + 1.362 1 × 10-6 tsj
3 - 6.118 5 × 10-9 tsj
4 )
pj +( 3.126 0 × 10-3 - 1.710 7 × 10-4 tsj + 2.597 4 × 10-6 tsj
2 -
2.533 5 × 10-8 tsj
3 + 1.040 5 × 10-10 tsj
4 ) pj
2 +(-9.772 9 × 10-6 +
3.850 4 × 10-7 tsj - 2.364 3 × 10-9 tsj
2 ) pj
3
vC ( tsj,pj )= ( 0.029 - 2.19 × 10-3 tsj + 1.4 × 10-4 tsj
2 ) pj +(-4.76 × 10-4 + 3.47 ×
10-5 tsj - 2.59 × 10-6 tsj
2 ) pj
2 + 2.68 × 10-6 pj
3
A( tsj,pj )= 1.389 - 1.262 × 10-2 tsj + 7.164 × 10-5 tsj
2 + 2.006 × 10-6 tsj
3 - 3.21 ×
10-8 tsj
4 +( 9.474 2 × 10-4 - 1.258 0 × 10-4 tsj - 6.488 5 × 10-7 tsj
2 +
1.050 7 × 10-7 tsj
3 - 2.012 2 × 10-9 tsj
4 ) pj +(-3.906 4 × 10-5 +
9.104 1 × 10-7 tsj - 1.600 2 × 10-8 tsj
2 + 7.988 × 10-10 tsj
3 ) pj
2 +
( 1.100 × 10-7 + 6.649 × 10-9 tsj - 3.389 × 10-10 tsj
2 ) pj
3
B ( tsj,pj )= -1.922 × 10-2 - 4.42 × 10-5 tsj +( 7.363 7 × 10-4 + 1.794 5 ×
10-6 tSj ) pj
D ( pj )= 1.727 × 10-3 - 7.983 6 × 10-5 pj
7.2.3.2 声速示值误差计算
按公式(3) 计算声速示值误差:
Δvj = vj - vsj (3)
式中:
Δvj ——第j 个温度校准点上的声速示值误差,m/s;
vj ——第j 个温度校准点上声速仪的声速示值,m/s;
vsj ——第j 个温度校准点上标准声速值,m/s。
7.2.4 压力示值误差
按JJG 763—2019 中7.3.4 的要求,在(20±5) ℃环境条件下测量压力示值误差。
7.2.5 温度测量重复性
按7.2.2 的方法选定最高温度校准点进行温度重复性校准,按公式(4) 计算温度
测量重复性。记录格式见附录A.4。
σt =
Σi
= 1
n (ti-ˉt ) 2
n - 1 (4)
式中:
σt ——温度测量重复性,℃;
ti ——第i 次测量的声速仪温度示值,℃;
tˉ ——n 次测量的算术平均值,℃;
n ——测量次数(n≥6)。
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7.2.6 声速测量重复性
在进行7.2.5 的同时读取对应温度校准点下的声速仪声速示值,按公式(5) 计算
声速测量重复性:
σv =
Σi
= 1
n (vi- vˉ) 2
n - 1 (5)
式中:
σv ——声速测量重复性,m/s;
vi ——第i 次测量的声速仪声速示值,m/s;
vˉ ——n 次测量的算术平均值,m/s;
n ——测量次数(n≥6)。
7.2.7 压力测量重复性
按JJG 763—2019 中7.3.4 的要求,在(20±5) ℃环境条件下,选择压力值最大的
校准点进行重复性测量。
8 校准结果
8.1 校准记录
校准记录格式参见附录A。
8.2 校准证书
校准证书由封面和内页组成。
校准证书至少包含以下内容:
a) 标题:“校准证书”;
b) 实验室名称和地址;
c) 进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d) 证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e) 客户的名称和地址;
f) 被校对象的描述和明确标识;
g) 进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h) 如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i) 校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k) 校准环境的描述;
l) 校准结果及其测量不确定度的说明;
m) 对校准规范的偏离的说明(若适用);
n) 校准证书校准员、核验员和签发人的签名;
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o) 校准结果仅对被校对象有效的说明;
p) 未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。
9 复校时间间隔
声速仪的使用情况、使用者、声速仪本身质量等直接影响声速仪的计量性能,
送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。根据声速仪的实际情况建议
如下:
a) 新购置或修理后的声速仪,宜及时校准;
b) 为确保声速仪准确可靠,通常情况下建议声速仪出海前后各校准一次;
c) 复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1 年。
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附录A
海水声速仪校准记录表
表A.1 海水声速仪温度校准记录表
产品名称
型号
仪器测量范围
送校单位
仪器制造单位
校准依据
外观检查
校准所使用的主要计量器具
名称
校准时间、地点及其环境条件
地点
环境温度
校准结果
校准点
℃
测量范围
标准温度值
℃
不确定度或准确度等级或
最大允许误差
不确定度或准确度等
级或最大允许误差
时间
相对湿度
声速仪温度示值
℃
出厂编号
传感器编号
证书编号有效期至
示值误差
℃
分辨力
溯源单位
校准员核验员
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表A.2 海水声速仪声速校准记录表
产品名称
型号
仪器测量范围
送校单位
仪器制造单位
校准依据
外观检查
校准所使用的主要计量器具
名称
校准时间、地点及其环境条件
地点
环境温度
校准结果
校准点
℃
测量范围
标准声速值
m/s
不确定度或准确度等级或
最大允许误差
不确定度或准确度等
级或最大允许误差
时间
相对湿度
声速仪声速示值
m/s
出厂编号
传感器编号
证书编号有效期至
示值误差
m/s
分辨力
溯源单位
校准员核验员
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9
表A.3 海水声速仪压力校准记录表
产品名称
型号
仪器测量范围
送校单位
仪器制造单位
校准依据
外观检查
校准所使用的主要计量器具
名称
校准时间、地点及其环境条件
地点
环境温度
校准结果
升压校准
压力值
×104 Pa
标准
压力值
×104 Pa
测量范围
声速仪
压力示值
×104 Pa
不确定度或准确度等级或
最大允许误差
相对湿度
不确定度或准确度等
级或最大允许误差
示值误差
×104 Pa
时间
降压校准
压力值
×104 Pa
出厂编号
传感器编号
证书编号
标准
压力值
×104 Pa
气压
有效期至
声速仪
压力示值
×104 Pa
分辨力
溯源单位
示值误差
×104 Pa
校准员核验员
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表A.4 海水声速仪测量重复性记录表
(要素) 测量重复性校准结果
序号声速仪示值示值平均值测量重复性
校准员核验员
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附录B
海水声速仪温度校准结果的不确定度评定示例
B.1 测量模型
Δt = t - ts (B.1)
式中:
Δt——声速仪在校准点的温度示值误差,℃;
t ——声速仪在校准点的仪器温度示值,℃;
ts ——声速仪在校准点的标准温度值,℃。
对公式(B.1) 求偏导得灵敏系数为:
c1 = ∂Δt
∂t = 1 c2 = ∂Δt
∂ts
= -1
注:以某型声速仪35 ℃校准点的校准结果为例说明。
B.2 温度校准结果不确定度来源
根据JJF 1059.1—2012, 就声速仪温度校准结果的测量不确定度进行分析评定,
温度校准结果不确定度来源主要有6 个因素:
a) 被校声速仪温度测量重复性引入的不确定度;
b) 被校声速仪温度分辨力引入的不确定度;
c) 标准铂电阻温度计不稳定性引入不确定度;
d) 测温电桥引入的不确定度;
e) 海水恒温槽温场均匀性引入的不确定度;
f) 海水恒温槽温场波动性引入的不确定度。
B.3 温度校准不确定度分量
B.3.1 被校声速仪温度测量重复性引入的不确定度分量u ( t1 )
被校声速仪温度测量重复性引入的不确定度分量u ( t1 ),可以通过在连续条件下测
量一组数据列,用不确定度的A 类评定方法获得。依据本规范,温度测量重复性的校
准在某一温度校准点进行6 次测量。所得数据如表B.1 所示。
重复性利用标准差的公式(B.2) 计算:
σt =
Σi
= 1
n (ti-ˉt ) 2
n - 1 (B.2)
式中:
σt——温度测量重复性,℃;
ti ——在第i 次测量的声速仪温度示值,℃;
tˉ ——n 次测量的算术平均值,℃;
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n ——测量次数(n=6)。
表B.1 温度重复性测量数据
序号
1
2
3
4
5
6
声速仪温度示值/℃
34.858
34.859
34.858
34.858
34.858
34.859
示值平均值/℃
34.858
重复性/℃
5.2×10-4
计算得σt=5.2×10-4 ℃,因此温度单次测量重复性引入的不确定度为:
u ( t1 )=5.2×10-4 ℃
B.3.2 被校声速仪温度分辨力引入的标准不确定度分量u ( t2 )
被校声速仪的温度分辨力为0.001 ℃,则分辨力引入的标准不确定度为:
u ( t2 )= 0.29 × 0.001 ℃ = 2.9 × 10-4 ℃
B.3.3 标准铂电阻温度计不稳定性引入的标准不确定度分量u ( ts1 )
标准铂电阻温度计为二等,按JJG 160 的规定,使用中的二等标准铂电阻温度计年
稳定性为±5 mK,服从正态分布,k=3,标准不确定度为:
u ( ts1 )= 5 × 10-3 ℃
3 ≈1.7×10-3 ℃
B.3.4 测温电桥引入的标准不确定度分量u ( ts2 )
测温电桥电阻比(X) 的相对扩展不确定度为2×10-6,外接100 Ω 标准电阻(Rs)
使用,电桥示值R=X·Rs。测温电桥测量值的扩展不确定度为2×10-4 Ω,k=2,标准
不确定度为:
u'1 ( ts2 )= 2 × 10-4 Ω
2 =1×10-4 Ω
100 Ω 标准电阻的相对扩展不确定度1.5×10-6,k=3,标准不确定度为:
u'2 ( ts2 )= 1.5 × 10-6 × 0.25 × 100 Ω
3 ≈1.3×10-5 Ω
合成标准不确定度为u' ( ts2 )= u'1 ( ts2 )2 + u'2 ( ts2 )2 =1.1×10-4 Ω。
应用不确定度传播规律,转换成温度标准不确定度为:
u ( ts2 )=1.1×10-3 ℃
B.3.5 海水恒温槽温场均匀性引入的标准不确定度分量u ( ts3 )
海水恒温槽均匀性最大差为5×10-3 ℃,则温场均匀性引入的误差可能值区间半宽
为2.5×10-3 ℃,在此区间服从均匀分布,包含因子k= 3 ,标准不确定度为:
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u ( ts3 )= 2.5 × 10-3 ℃
3
≈1.5×10-3 ℃
B.3.6 海水恒温槽温场波动性引入的标准不确定度分量u ( ts4 )
海水恒温槽波动性最大差为5×10-3 ℃,则温场波动性引入的误差可能值区间半
宽为2.5×10-3 ℃,在此区间服从反正弦分布,包含因子k= 2 ,标准不确定度为:
u ( ts4 )= 2.5 × 10-3 ℃
2
≈1.8×10-3 ℃
B.4 合成标准不确定度
标准不确定度汇总表见表B.2。
表B.2 标准不确定度汇总表
不确定来源
被校声速仪温度测量重复性
被校声速仪温度分辨力
标准铂电阻温度计不稳定性
测温电桥
海水恒温槽温场均匀性
海水恒温槽温场波动性
符号
u ( t1 )
u ( t2 )
u ( ts1 )
u ( ts2 )
u ( ts3 )
u ( ts4 )
标准不确定度/℃
5.2×10-4
2.9×10-4
1.7×10-3
1.1×10-3
1.5×10-3
1.8×10-3
各分量互不相关,温度校准结果的合成标准不确定度为:
uc ( Δt )= u2 ( t1 )+u2 (t2 )+ u2 (ts1 )+ u2 (ts2 )+ u2 (ts3 )+ u2 (ts4 )=3.2×10-3 ℃
B.5 扩展不确定度
包含因子取k=2,扩展不确定度为:U=2×uc ( Δt )=2×3.2×10-3 ℃≈0.007 ℃,
k=2。
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附录C
海水声速仪声速校准结果的不确定度评定示例
C.1 测量模型
Δv = v - vs (C.1)
式中:
Δv ——声速仪在校准点的声速示值误差,m/s;
v ——声速仪在校准点的声速示值,m/s;
vs ——声速仪在校准点的标准声速值,m/s。
对公式(C.1) 求偏导得灵敏系数为:
c1 = ∂Δv
∂v = 1 c2 = ∂Δv
∂vs
= -1
注:以某型声速仪35 ℃校准点的校准结果为例说明。
C.2 声速校准结果的不确定度来源
根据JJF 1059.1—2012, 就声速仪声速校准结果的测量不确定度进行分析评定,
声速校准结果不确定度来源主要有4 个因素:
a) 被校声速仪声速测量重复性引入的不确定度;
b) 被校声速仪声速分辨力引入的不确定度;
c) 标准声速值引入的测量不确定度;
d) 经验公式引入的不确定度。
C.3 声速校准不确定度分量
C.3.1 被校声速仪声速测量重复性引入的不确定度分量u ( v1 )
被校声速仪声速测量重复性引入的不确定度分量u ( v1 ),可以通过在连续条件下测
量一组数据列,用不确定度的A 类评定方法获得。依据本规范,声速仪测量重复性的
校准在最高温度校准点35 ℃进行6 次测量。所得数据如表C.1 所示。
重复性标准差按公式(C.2) 计算:
σv =
Σi
= 1
n
( vi - vˉ )2
n - 1 (C.2)
式中:
σv——声速测量重复性,m/s;
vi ——第i 次测量的声速仪声速示值,m/s;
vˉ ——n 次测量的算术平均值,m/s;
n ——测量次数(n=6)。
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表C.1 声速重复性测量数据
序号
1
2
3
4
5
6
声速仪声速示值/ (m/s)
1 518.51
1 518.50
1 518.51
1 518.52
1 518.51
1 518.53
示值平均值/ (m/s)
1 518.51
重复性/ (m/s)
1.0×10-2
计算得σv=1.0×10-2 m/s,因此被校声速仪声速单次测量重复性引入的标准不确
定为:
u ( v1 )=1.0×10-2 m/s
C.3.2 被校声速仪声速分辨力引入的标准不确定度分量u ( v2 )
被校声速仪的声速分辨力为0.01 m/s,则分辨力引入的标准不确定度:
u ( v2 )= 0.29 × 0.01 m/s = 2.9 × 10-3 m/s
C.3.3 标准声速值引入的测量不确定度分量u ( vs1 )
标准声速的计算需要通过海水经验公式(2),其中温度测量值由温度校准时获取
的标准值提供。标准声速引入的不确定度按公式(C.3) 计算:
uX = a21
u2 ( t )+ a22
u2 ( S )+ a2
3 u2 ( p ) (C.3)
式中:
uX ——标准声速引入的不确定度,m/s;
a1 ——温度引入不确定度的灵敏系数;
u(t) ——标准温度引入的不确定度,℃;
a2 ——盐度引入不确定度的灵敏系数;
u(S) ——标准盐度引入的不确定度;
a3 ——压力引入不确定度的灵敏系数;
u(p) ——标准压力引入的不确定度,MPa。
以S=34.0, t=0.0 ℃, p=0.003 MPa 校准点为例(S=34.0、p=0.003 MPa 为仪
器实验的常用盐度和深度,t=0.0 ℃为校准范围影响最大的点),根据公式(2) vX 对
t、S 和p 求偏导,可得:
a1 = ∂vX
∂t
=p3× (-4.728 6×10-12×t+3.850 4×10-10) +p2× (-5.18×10-8×t+
3.47×10-7) +p2× (4.162×10-12×t 3-7.600 5×10-10×t 2+5.194 8×10-8×
t-1.710 7×10-6) +p× (2.8×10-5×t-0.000 219) +p× (-2.447 4×
10-9×t 3+4.086 3×10-7×t 2-1.635 76×10-5×t+0.000 689 82) +S× (p3×
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(-6.778×10-13×t+6.649×10-12) +p2× (2.396 4×10-11×t 2-3.200 4×
10-10×t+9.104 1×10-9) +p× (-8.048 8×10-10×t 3+3.152 1×10-8×t 2-
1.297 7×10-7×t-1.258×10-5) -1.284×10-7×t 3+6.018×10-6×t 2+
0.000 143 28×t-0.012 62) +S1.5× (1.794 5×10-7×p-4.42×10-5) +
1.573 2×10-8×t 4-5.912×10-6×t 3+0.001 002 6×t 2-0.116 170 4×t+
5.037 11=4.60
a2 = ∂vX
∂S
=3×p2× (-2.364 3×10-12×t 2+3.850 4×10-10×t-9.772 9×10-9) +8.04×
10-9×p2+2p× (-2.59×10-8×t 2+3.47×10-7×t-4.76×10-6) +2p×
(1.040 5×10-12×t 4-2.533 5×10-10×t 3+2.597 4×10-8×t 2-1.710 7×10-6×
t+3.126×10-5) -7.983 6×10-6×S2+S× [3×p2× (-3.389×10-13×t 2+
6.649×10-12×t+1.1×10-10) +2×p× (7.988×10-12×t 3-1.600 2×10-10×
t 2+9.104 1×10-9×t-3.906 4×10-7) -2.012 2×10-10×t 4+1.050 7×10-8×
t 3-6.488 5×10-8×t 2-1.258×10-5×t+9.474 2×10-5] +S1.5× (1.794 5×
10-7×t+7.363 7×10-5) -6.118 5×10-10×t 4+1.362 1×10-7×t 3+5.821 2×
10-6×t 2+0.000 470 82×t+0.156 463=1.34
a3 = ∂vX
∂p
=p3× (-3.389×10-13×t 2+6.649×10-12×t+1.1×10-10) +p2× (7.988×
10-12×t 3-1.600 2×10-10×t 2+9.104 1×10-9×t-3.906 4×10-7) +p×
(-2.012 2×10-10×t 4+1.050 7×10-8×t 3-6.488 5×10-8×t 2-1.258×
10-5×t+9.474 2×10-5) +1.5×S0.5× [p× (1.794 5×10-7×t+7.363 7×
10-5) -4.42×10-5×t-0.019 22] +2S× (-7.983 6×10-6×p+0.001
727) -3.21×10-8×t 4+2.006×10-6×t 3+7.164×10-5×t 2-0.012 62×t+
1.389=0.16
1) 标准温度引入的不确定度u(ts)
根据附录B, 表B.2 中后四项合成, 标准温度引入的不确定度为u(ts) =3.1×
10-3 ℃。
2) 盐度标准设备引入的标准不确定度u ( S )
目前盐度主要标准设备为8 400B 型实验室盐度计,其不确定度由证书可得为u ( S )=
1.4×10-3。
3) 压力引入的标准不确定度u ( p )
校准中被检设备在海水槽中压力变化不大于0.2×104 Pa,则压力波动引入的误差
可能值区间的半宽为1×103 Pa,在此区间服从正态分布,包含因子取3,按B 类不确
定度评定,标准不确定度为:
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u ( p )= 1 × 103 Pa
3 ≈3.4×10-4 MPa
4) 标准声速引入的不确定度分量u ( vs1 )
根据公式(C.3) 计算标准声速引入的不确定度分量,各分量互不相关,可得:
u ( vs1 )=1.5×10-2 m/s
C.3.4 经验公式引入的测量不确定度分量u ( vs2 )
标准声速值由经验公式引入,根据经验,该声速经验公式引入的误差可能值区间
的半宽为0.02 m/s,在此区间服从均匀分布,包含因子取3 ,按B 类不确定度评定,
标准不确定度为:
u ( vs2 )= 0.02 m/s
3
≈ 1.2 × 10-2 m/s
C.4 合成标准不确定度
标准不确定度汇总表见表C.2。
表C.2 标准不确定度汇总表
不确定来源
被校声速仪声速测量重复性
被校声速仪声速分辨力
标准声速
经验公式
符号
u ( v1 )
u ( v2 )
u ( vs1 )
u ( vs2 )
标准不确定度/ (m/s)
1.0×10-2
2.9×10-3
1.5×10-2
1.2×10-2
各分量互不相关,声速校准结果的合成标准不确定度为:
uc ( Δv )= u2 ( v1 )+u2 ( v2 )+u2 (vs1 )+ u2 (vs2 )=2.2×10-2 m/s
C.5 扩展不确定度
包含因子取k=2,扩展不确定度为:U=2×uc ( Δv )=0.05 m/s,k =2。
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附录D
海水声速仪压力校准结果的不确定度评定示例
D.1 测量模型
Δp = p - ps (D.1)
式中:
Δp ——声速仪在校准点上的压力示值误差,MPa;
p ——声速仪在校准点上的压力示值,MPa;
ps ——声速仪在校准点上的标准压力值,MPa。
对公式(D.1) 求偏导得灵敏系数为:
c1 = ∂Δp
∂p = 1 c2 = ∂Δp
∂ps
= -1
注:以量程为45 MPa (4 500 m) 某型声速仪的压力传感器(最大允许误差为±0.05%FS) 校
准结果为例说明。
D.2 不确定度来源分析
根据JJF 1059.1—2012, 就声速仪压力校准结果的测量不确定度进行分析评定,
压力校准结果不确定度来源主要有6 个因素:
a) 被校声速仪测量重复性引入的标准不确定度u(p1);
b) 被校声速仪分辨力引入的标准不确定度u(p2);
c) 标准压力计最大允许误差引入的标准不确定度分量u(ps1);
d) 校准环境温度测量影响引入的标准不确定度分量u(ps2);
e) 液柱差引入的标准不确定度分量u(ps3);
f) 大气压力修正引入的标准不确定度u(ps4)。
D.3 测量不确定评定
D.3.1 被校声速仪压力测量重复性引入的不确定度分量u(p1)
被校声速仪压力测量重复性引入的不确定度分量u(p1),可以通过在连续条件下测
量数据列,用不确定度的A 类评定方法获得。根据本规范中的对于重复性的计算要求,
选取压力校准试验的最大压力点约45 MPa, 独立重复测量6 次。所得数据如表D.1
所示。
重复性利用标准差的公式(D.2) 计算:
σp =
Σi
= 1
n ( pi- pˉ)2
n - 1 (D.2)
式中:
σp ——声速仪压力测量重复性,MPa;
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pi ——第i 次测量声速仪的压力示值,MPa;
pˉ ——n 次测量的算术平均值,MPa;
n ——测量次数(n=6)。
表D.1 压力重复性测量数据
序号
1
2
3
4
5
6
声速仪压力示值/MPa
44.995 7
44.996 8
44.998 3
44.996 1
44.997 3
44.995 4
示值平均值/MPa
44.996 6
重复性/MPa
1.1×10-3
计算得σp=1.1 × 10-3 MPa,因此被校声速仪压力单次测量重复性引入的标准不确
定为:
u ( p1 )= 1.1 × 10-3 MPa
D.3.2 被校声速仪压力分辨力引入的不确定度u(p2)
被校仪器的分辨力为0.000 1 MPa,则分辨力引入的标准不确定度为:
u ( p2 )= 0.29 × 0.000 1 MPa = 2.9 × 10-5 MPa
D.3.3 标准压力计最大允许误差引入的标准不确定度分量u ( ps1 )
标准活塞压力计是经上级计量机构检定或校准过的,在计量溯源周期内可以认为
其保持计量特性状态不变。由其引入的测量不确定度分量为标准活塞压力计的最大允
许误差(MPE) 引起的,即在使用时其读数的百分比。在此区间服从均匀分布,取包
含因子3 ,因此,由使用时标准压力计MPE 引起的标准不确定度分量可以表示为:
u ( ps1 )=
pstd - MPE
3
= Pstd - max × Grade
100 × 3
(D.3)
式中:
u ( ps1 ) ——标准压力计最大允许误差引入的标准不确定度,MPa;
pstd - MPE——MPE 的区间半宽,MPa;
pstd - max ——校准时所用活塞的压力读数最大值,MPa;
Grade ——标准器的等级。
本例中, 标准活塞式压力计等级即Grade 为0.005 级, 校准上限压力pstd - max 为
45 MPa。标准压力计最大允许误差引入的标准不确定度为:
u ( ps1 )= 45 MPa × 0.005
100 × 3
≈ 1.3 × 10-3 MPa
D.3.4 校准环境温度测量影响引入的标准不确定度分量u ( ps2 )
由于实际校准环境温度为(20±5) ℃,在使用活塞压力计前会将活塞压力计放置
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在恒温环境下静置2 h~4 h,活塞杆的温度和室温可以达到一致。
根据JJG 59—2007 中关于温度对活塞面积造成了压力形变的公式进行计算和修
正,最大温度波动1 ℃半宽对于活塞形变带来的压力贡献量为0.000 23 MPa,服从均
匀分布,取包含因子3 ,则由环境温度引起的不确定度分量可以计算为:
u ( ps2 )= 5 × 0.000 23 MPa
3
≈ 6.7 × 10-4 MPa
D.3.5 液柱差引入的标准不确定度分量u ( ps3 )
校准时,尽量将标准器与被校准压力传感器压力接口放在同一水平面上,然而人
工控制的手段不能完全消除该项误差,预估还有±10 cm 的液柱差,该液柱差产生的
测量误差为:
Δp = ρgh=860 kg/m3×9.800 945 0 m/s2×0.1 m≈843 Pa
式中:
Δp ——液柱差引入的压力差,Pa;
ρ ——压力计工作介质的密度,kg/m3;
g ——实验地点的重力加速度,m/s2;
h ——液柱差,m。
液柱差产生的测量范围内服从均匀分布,则其引入的不确定度为:
u ( ps3 )= 0.000 843 MPa
3
≈ 4.9 × 10-4 MPa
D.3.6 大气压力修正引入不确定度u ( ps4 )
空气零点测量误差是由大气压力测量不准确引入的不确定度。由于采信振筒气压
仪示值而引入的测量不确定度,以振筒气压仪校准证书指标±0.3 hPa 引入的不确定度
进行计算。在校准范围内服从均匀分布,则空气零点测量引入的不确定度为:
u ( ps4 )= 0.3 hPa 10 000
3
≈ 1.8 × 10-5 MPa
D.4 合成标准不确定度评定
输入量的标准不确定分量汇总见表D. 2。
表D.2 输入量标准不确定各分量汇总表
不确定度来源
被校声速仪压力测量重复性
被校声速仪压力分辨力
活塞压力计示值误差
环境温度影响
液柱差
大气压力修正
符号
u ( p1 )
u ( p2 )
u ( ps1 )
u ( ps2 )
u ( ps3 )
u ( ps4 )
标准不确定度分量/MPa
1.1×10-3
2.9×10-5
1.3×10-3
6.7×10-4
4.9×10-4
1.8×10-5
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各分量彼此独立,所以合成不确定度为:
uc ( Δp )= u2 ( p1 )+ u2 ( p2 )+ u2 ( ps1 )+ u2 ( ps2 )+ u2 ( ps3 )+ u2 ( ps4 ) = 1.9 × 10-3 MPa
D.5 扩展不确定度的评定
包含因子取k=2,则扩展不确定度为:
U = k × uc ( Δp )= 2 × 1.9 × 10-3 MPa = 3.8 × 10-3 MPa
相对扩展不确定度Urel = U/Rmax = 3.8 × 10-3 /45 = 0.01% (其中Rmax 为压力传感
器的最大量程,此例中为45 MPa)。

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