用于真空計不確定度計算的應用程序

【摘 要】 基于冶金、化工分析、航天等領域對真空技術的不斷需求，計量工作中對于各種真空計的校準工作量不斷增加，如何提高針對真空計的數據計算效率就顯得尤為重要。本文給出一個簡單、只需將記錄中的數據逐一輸入相應對話框中即可得出不確定度結果的計算程序，解決了手算繁瑣易錯的問題，同時也大大地提高了真空計不確定度的計算效率。

【關鍵詞】 VC++、真空計 相對不確定度數據計算

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.03.008

隨著近年來工業的不斷發展，以及冶金、化工分析、航天等領域對真空技術的不斷需求，計量工作中對于各式真空計的校準與檢定工作不斷增加，工作量不斷加重，如何提高其數據計算效率就顯得尤為重要。尤其是真空計的數據計算，涉及次冪項及相對不確定度的計算，用人工手算容易出錯，同時又比較繁瑣。本文給出一個簡單的、只需將記錄中的數據逐一輸入相應對話框中即可得出不確定度結果的計算程序，解決了手算繁瑣易錯的問題，同時也大大地提高了真空計不確定度的計算效率。

本文中的計算程序是基于VC++6.0軟件編寫的。VC++6.0是Microsoft公司的Developer Studios6.0工具集的重要組成部分，是一種用于開發Windows應用程序的可視化開發工具。它改善了傳統的編程手段，使得程序員可以直接在用戶界面良好的可視化開發環境中進行工作。VC++6.0還集成了多種有用的工具與功能，從而大大提高了應用程序的開發效率。同時，VC++也是比較通用的、簡單易操作的編程軟件，利用VC++編寫真空計數據處理程序，操作界面友好，可以根據不同具體的記錄需求設計具體的、不同的用戶操作界面。

1 編寫計算程序的技術依據

真空計不確定度計算主要涉及的是需要校準的工作用熱傳導真空計和電離真空計，所以這里的技術依據主要是JJF 1050-1996《工作用熱傳導真空計》和JJF 1062-1999《電離真空計》。

在JJF 1050-1996《工作用熱傳導真空計》的16.4中和JJF 1062-1999《電離真空計》的5.3.3.5中均提到了壓力示值相對誤差的概念，而壓力示值的相對擴展不確定度就與之相類似。壓力示值相對誤差公式如下：

計算真空計的相對擴展不確定度時，考慮到的不確定度分量為標準器帶來的不確定度、重復性測量帶來的不確定度、被校真空計分辨力帶來的不確定度這3個主要不確定度分量，它們的計算公式分別如下：

編寫計算程序中的計算依據及公式就是上述7個公式。

2 真空計不確定度計算程序的操作

2.1 真空計不確定度計算程序界面及用法

真空計不確定度的計算程序界面如圖1所示。

圖1 真空計不確定度計算界面

如界面中所示，該計算程序界面劃分為兩部分，一部分是“數據輸入項”，另一部分是“不確定度結果輸出項”。在“數據輸入項”部分輸入計算時需要的要計算不確定度的壓力示值點的壓力值（不含次冪項）、標準真空計的相對擴展不確定度、被校儀表的分辨力（0.001、0.01、0.1、1等，也不含次冪項）、測試多次的用于計算重復性帶來的不確定度的多次示值（不含次冪項），這時，按下“計算”按鈕，就會在“不確定度結果輸出項”的欄目中輸出“標準器帶來的不確定度”、“重復性帶來的不確定度”、“分辨力帶來的不確定度”、“合成標準不確定度”、“擴展不確定度”、“相對擴展不確定度”等6項不確定度值，這樣就可以在記錄中的相應位置上填寫上所需要的數值了，方便快捷，大大提高了記錄的計算效率。同時，在有多份記錄要整理的時候，每一次計算完畢后，可以按下“清空”按鈕，就可以將上一次的計算記錄清空，可以開始新的計算，在全部計算完畢后，想退出計算界面，按下“關閉”按鈕即可。

2.2 計算應用舉例

在2.1中簡單介紹了該計算程序的應用方法，其中多次提到了輸入數據時不含次冪項，這里用一個簡單的例子來詳細說明一下其具體的用法。

比如：某被檢真空計的要計算不確定度的壓力示值點的壓力示值為1.0×10-1Pa，標準真空計的相對擴展不確定度為=3.0%，R=2，多次測量（這里選5次）的數據為：0.9×10-1Pa、1.0×10-1Pa、0.9×10-1Pa、1.0×10-1Pa、1.0×10-1Pa，被檢真空計分辨力為：1.0×10-1Pa。在輸入數據時，所有壓力示值數據都帶有這個次冪項，在應用該計算軟件時均不用考慮，不用輸入，只需在相應欄目中輸入：“1.0”、“3.0”、“0.1”以及“0.9、1.0、0.9、1.0、1.0”，如圖2所示，數據都填寫好后，按下“計算”按鈕，計算結果就會出現在“不確定度結果輸出項”欄目中，如圖3所示。

圖2 計算數據的輸入

圖3 計算結果的輸出

此時，可以整理記錄了。在整理記錄時要注意數據位數及次冪項，比如“標準器帶來的不確定度”一項中，數據為0.015，換算成科學計數法的值為：1.5×10-2，單位為Pa，但是不要忘記了之前在計算時沒有加入計算的次冪項，這里要補上，即“標準器帶來的不確定度”實際為1.5×10-2×10-1=1.5×10-3Pa，同理，其余的不確定度項都要在計算結果的基礎上，乘以之前沒有加入計算的次冪項，把這時的結果寫入記錄中，將記錄補充完整。

對于計算數據來說，因為在計算時都沒有加入統一的次冪項，計算位數少，所以在計算過程中不用擔心數據運算錯誤，只是在整理記錄時要時刻記得在各個結果項中乘以次冪項，這才是最后的結果，同時，由于次冪項在計算相對擴展不確定度時是互相抵消的，所以“相對擴展不確定度”項可以直接得到。另外，由于相對擴展不確定度的計算方法是一致的，因此，該計算程序對于壓力示值單位為Pa、mbar、Torr等都適用，可稱得上是通用計算程序。

3 總結

該計算程序經過反復的實際檢測數據檢驗，與人工計算結果比對一致，應用起來快捷可靠，將檢定人員從繁雜的數據計算中解脫出來，尤其在需要處理大量記錄數據時尤為突出，結果輸出直觀，檢定人員不易因數據多、雜而產生視覺疲勞從而出現人為計算錯誤，大大提高了數據處理的準確率。

作者簡介

劉鑫，東北大學畢業，自動化專業碩士研究生，主要從事控制理論與控制工程研究工作。

（責任編輯：張曉明）