礦用風速表檢定裝置測量不確定度評價

杜尚寶 張猛

摘 要：該文提出了礦用風速表檢定裝置測量不確定度評價，為正確評定礦用風速儀表測量不確定度，提高風速儀表檢定準確度尋找科學依據。該文主要就礦用風速表檢定裝置測量不確定度的測量條件、測量不確定度的來源、數學模型、各分量測量不確定度、合成標準不確定度評定、擴展不確定度等幾個方面進行論述。

關鍵詞：礦用 風速表檢定裝置 不確定度 評價

中圖分類號：TH765 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0248-01

為正確評定礦用風速儀表測量不確定度，提高風速儀表檢定準確度尋找科學依據。現對礦用風速表檢定裝置測量不確定度進行評價。

1 測量條件

⑴計量器具：微差壓計編號7311092，誤差為±0.2 Pa；皮托管編號7；ξ=1.003；精密溫度計編號22061，示值允許誤差，0.2 ℃；空盒氣壓表編號12934。⑵環境溫度：22.0 ℃，溫度波動為1 ℃；大氣壓力值為103425 Pa。⑶評定點：7 m/s。⑷評定日期：2014年8月24日。

2 測量不確定度的來源分析

⑴計量器具本身的影響，包括微差壓計，溫度計，大氣壓力計等。⑵人員讀數誤差。由于計量器具的示值均為模擬讀數，導致存在讀數誤差。⑶測量環境的影響。在測量過程中，環境溫度不是固定不變的，而是變化的。⑷測量方法。風洞內風速場并不是完全均勻的。

3 數學模型

標準值vs由實測大氣壓力值和實測溫度值根據下式算出：

（1）

其中：P—實測動壓值，Pa；ρ—空氣密度，kg/m3；N—工作段風速比，N=3.17；ξ—皮托管校準系數，1.003。

而空氣密度由下式計算： （2）

其中：p0—實測大氣壓力值，Pa；t—實測溫度值，℃；將（2）式代入（1）式得：

（3）

4 各分量測量不確定度分析

4.1 微差壓計示值誤差引入的測量不確定度分析

由微差壓計的檢定證書可知，其示值誤差為0.2 Pa，在環境溫度為18.0 ℃、大氣壓力值為102648 Pa情況下，0.2 Pa換算成風速值為：≈0.181 m/s （4）

該誤差服從均勻分布，取k=，則

u（vsp）==≈0.104 m/s （5）

取σ[u（vi）]/u（vi）=0.10，則自由度ν（vsp）==50 （6）

4.2 由于溫度波動引入的測量不確定度分析

在測量溫度為21.5 ℃的情況下，對應風速為7.0 m/s的動壓力值為：

≈297.70 Pa （7）

假定壓力值不變，當溫度波動為1 ℃時的風速為：

（8）

由于溫度波動引入的實際風速誤差為：

Δvst==0.012 m/s （9）

該誤差服從均勻分布，取k=，則

u（vst）==≈0.007 m/s （10）

取σ[u（vi）]/u（vi）=0.20，則自由度ν（vst）==12（11）

4.3 大氣壓力計示值誤差引入的測量不確定度

由于大氣壓力值較大，大氣壓力計示值誤差對測量結果影響較小，可以忽略不計。

5 合成標準不確定度評定

5.1 標準不確定度分量匯總表

標準不確定度如表1所示。

5.2 合成標準不確定度計算

由于u（vsp）、u（vst）互不相關，故vs的標準不確定度u（vs）為：

=≈0.104m/s（12）

合成標準不確定度有效自由度為：

ν=50 （13）

6 擴展不確定度

取置信概率p=95%，有效自由度νeff=50，對照t分布表查得： kp=t95（50）=2.01，則擴展不確定度為：

U95=kp×uS=2.01×0.104=0.208m/s （14）

參考文獻

[1] 孟小紅，楊誠，朱正憲.礦用風速表測量不確定度評定[J].計量與測試技術，2004（2）.

[2] 王三偉，閆國旗.礦用風速表示值誤差測量不確定度評定[J].中國計量，2007（6）.

[3] 沈利榮.礦用風速表測量不確定度探討[J].科技傳播，2014（16）.