用于真空計不確定度計算的應(yīng)用程序

【摘 要】 基于冶金、化工分析、航天等領(lǐng)域?qū)φ婵占夹g(shù)的不斷需求，計量工作中對于各種真空計（真空規(guī)管等）的校準工作量不斷增加，如何提高針對真空計的數(shù)據(jù)計算效率就顯得尤為重要。尤其是真空計的數(shù)據(jù)計算，涉及次冪項及相對不確定度的計算，用人工手算很容易出錯，同時又比較繁瑣。本文給出一個簡單的、只需將記錄中的數(shù)據(jù)逐一輸入相應(yīng)對話框中即可得出不確定度結(jié)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(guān)鍵詞】 VC++ 真空計 相對不確定度 數(shù)據(jù)計算

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.08.008

隨著近年來工業(yè)的不斷發(fā)展，以及冶金、化工分析、航天等領(lǐng)域?qū)φ婵占夹g(shù)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(shù)據(jù)計算效率就顯得尤為重要。尤其是真空計的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)逐一輸入相應(yīng)對話框中即可得出不確定度結(jié)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(fā)Windows應(yīng)用程序的可視化開發(fā)工具。它改善了傳統(tǒng)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(fā)環(huán)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(yīng)用程序的開發(fā)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(shù)據(jù)處理程序，操作界面友好，可以根據(jù)不同具體的記錄需求設(shè)計具體的、不同的用戶操作界面。

1 真空計不確定度計算程序編寫的技術(shù)依據(jù)

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(dǎo)真空計和電離真空計，所以這里的技術(shù)依據(jù)主要是JJF 1050-1996《工作用熱傳導(dǎo)真空計》和JJF 1062-1999《電離真空計》。

在JJF 1050-1996《工作用熱傳導(dǎo)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：

[δm=（p-p）/p×100%] （1）

式中：[p]——被校真空計壓力示值；

[p]——標準壓力值；

[δm]——被校值與標準值的最大相對誤差。

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(fù)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：

[u1=Urel/2×pi] （2）

式中：[Urel]——標準器的相對擴展不確定度；

[pi]——計算相對擴展不確定度的壓力點的壓力示值。

[u2=i=1n（pi-p）n（n-1）] （3）

式中：[pi]——多次重復(fù)測量時每次的壓力測量示值；

[p]——多次重復(fù)測量時的壓力示值平均值；

[n]——重復(fù)測量次數(shù)。

[u3=d/23] （4）

式中：[d]——被校真空計的分辨力。

[uc=u12+u22+u32] （5）

[U=kuc] （6）

式中[k]取2

[Urel=U/pi×100%] （7）

式中：[pi]——計算相對擴展不確定度的壓力點的壓力示值。

編寫計算程序中的計算依據(jù)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(shù)據(jù)輸入項”，另一部分是“不確定度結(jié)果輸出項”。在“數(shù)據(jù)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(fù)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(jié)果輸出項”的欄目中輸出“標準器帶來的不確定度”、“重復(fù)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”等六項不確定度值，這樣就可以在記錄中的相應(yīng)位置上填寫上所需要的數(shù)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(guān)閉”按鈕即可。

2.2 計算應(yīng)用舉例

在2.1中簡單介紹了該計算程序的應(yīng)用方法，其中多次提到了輸入數(shù)據(jù)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[Urel]=3.0%，[k]=2，多次測量（這里選5次）的數(shù)據(jù)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0.1×10-1Pa。在輸入數(shù)據(jù)時，所有壓力示值數(shù)據(jù)都帶有這個次冪項，在應(yīng)用該計算軟件時均不用考慮，不用輸入，只需在相應(yīng)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(shù)據(jù)都填寫好后，按下“計算”按鈕，計算結(jié)果就會出現(xiàn)在“不確定度結(jié)果輸出項”欄目中，如圖3所示。

圖2 計算數(shù)據(jù)的輸入

圖3 計算結(jié)果的輸出

此時，可以整理記錄了，在整理記錄時要注意數(shù)據(jù)位數(shù)及次冪項，比如“標準器帶來的不確定度”一項中，數(shù)據(jù)為0.015，換算成科學(xué)計數(shù)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10-1，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(jié)果的基礎(chǔ)上，乘以之前沒有加入計算的次冪項10-1，把這時的結(jié)果寫入記錄中，將記錄補充完整。

對于計算數(shù)據(jù)來說，因為在計算時都沒有加入統(tǒng)一的次冪項，計算位數(shù)少，所以在計算過程中不用擔心數(shù)據(jù)運算錯誤，只是在整理記錄時要時刻記得在各個結(jié)果項中乘以次冪項，這才是最后的結(jié)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?qū)τ趬毫κ局祮挝粸镻a、mbar、Torr等都適用，可稱得上是通用計算程序。

3 總結(jié)

該計算程序經(jīng)過反復(fù)的實際檢測數(shù)據(jù)檢驗，與人工計算結(jié)果比對一致，應(yīng)用起來快捷可靠，將檢定人員從繁雜的數(shù)據(jù)計算中解脫出來，尤其在需要處理大量記錄數(shù)據(jù)時尤為突出，結(jié)果輸出直觀，檢定人員不易因數(shù)據(jù)多、雜而產(chǎn)生視覺疲勞從而出現(xiàn)人為計算錯誤，大大提高了數(shù)據(jù)處理的準確率。

作者簡介

劉鑫，工程師，東北大學(xué)自動化專業(yè)碩士研究生，現(xiàn)于遼寧省計量科學(xué)研究院熱工所從事溫度、濕度、壓力檢驗工作。

（責任編輯：張曉明）