礦用風(fēng)速表示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

王曉明

礦用風(fēng)速表示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

王曉明

（淮南市計(jì)量測(cè)試檢定所，安徽 淮南 232001）

礦用風(fēng)速表煤礦安全生產(chǎn)中列入重點(diǎn)管理的計(jì)量器具，為了提升高速、中速和低速礦用風(fēng)速表的可靠性，需要對(duì)其測(cè)量不確定度進(jìn)行測(cè)試和評(píng)定。使用了礦用風(fēng)速測(cè)量?jī)x表檢定裝置進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》（JJF 1059.1—2012）深入探討了各量程段示值誤差的測(cè)量不確定度的來(lái)源和評(píng)定過(guò)程。

礦用風(fēng)速表；示值誤差；不確定度；蝸輪軸

1 引言

礦用風(fēng)速表主要用于煤礦井下平均風(fēng)速的測(cè)量，儀表是由翼輪、蝸輪、蝸輪軸、計(jì)數(shù)器、指示針、回零閘壓桿、離合閘和提環(huán)等構(gòu)成。翼輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，通過(guò)蝸輪、蝸輪軸將運(yùn)動(dòng)傳于計(jì)數(shù)器，使指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出翼輪轉(zhuǎn)速。翼輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度與實(shí)際風(fēng)速之間的關(guān)系通過(guò)參數(shù)計(jì)算，記載于風(fēng)表的曲線圖表上，具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高和效率高的特點(diǎn)。按結(jié)構(gòu)原理分，有機(jī)械式風(fēng)速表、電子式風(fēng)速表和機(jī)械電子式風(fēng)速表。為了確保風(fēng)速表測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性，對(duì)風(fēng)速不檢定結(jié)果的示值誤差進(jìn)行測(cè)量不確定度分析，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。

2 概述

使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：礦用風(fēng)速測(cè)量?jī)x表檢定裝置。

被測(cè)對(duì)象：低速機(jī)械風(fēng)表（型號(hào)為CFJ5，編號(hào)為43502），測(cè)量范圍為0.3～5 m/s；中速機(jī)械風(fēng)表（型號(hào)為CFJ10，編號(hào)為65033），測(cè)量范圍為0.5～10 m/s；高速機(jī)械風(fēng)表（型號(hào)為CFJ25，編號(hào)為72105），測(cè)量范圍為0.8～25 m/s。

依據(jù)規(guī)程：《礦用風(fēng)速表》（JJG（煤炭）01—96）。

環(huán)境條件：溫度為18 ℃，濕度為48～50%RH。

3 數(shù)學(xué)模型

被檢儀器示值誤差為：

靈敏系數(shù)為：

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定分量

對(duì)于被檢儀器測(cè)量的重復(fù)性，可以通過(guò)連續(xù)多次測(cè)量得到測(cè)量數(shù)列，采用A類評(píng)定方法評(píng)定。

低速風(fēng)表：在4.48 m/s處重復(fù)測(cè)量得到數(shù)據(jù)單位為m/s，具體數(shù)據(jù)為4.47，4.45，4.46，4.46，4.46，4.46，4.46，4.46，4.46，4.47，4.46。

中速風(fēng)表：在8.31 m/s處重復(fù)測(cè)量得到數(shù)據(jù)單位為m/s，具體數(shù)據(jù)為8.32，8.31，8.31，8.31，8.33，8.31，8.31，8.31，8.32，8.31，8.31。

高速風(fēng)表：在18.71 m/s處重復(fù)測(cè)量得到數(shù)據(jù)單位為m/s，具體數(shù)據(jù)為18.73，18.69，18.73，18.71，18.69，18.73，18.74，18.73，18.70，18.71，18.72。

根據(jù)規(guī)程檢定方法的要求，在重復(fù)性測(cè)量條件下連續(xù)測(cè)量3次，以3次測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果，則可得到測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為：

輸入量s的不確定分量（s）：

式（2）中：為實(shí)際動(dòng)壓值，Pa；為空氣密度，kg/m3；為皮托管校準(zhǔn)系數(shù)；0為大氣壓力值，Pa；為溫度，℃。

經(jīng)代入計(jì)算可得：

風(fēng)速為1時(shí)，靈敏系數(shù)的平方為：

對(duì)于由溫度變化引入的不確定度t，在檢定過(guò)程中溫度

對(duì)于由微差壓計(jì)的波動(dòng)引入的不確定度P，根據(jù)微差壓計(jì)技術(shù)指標(biāo)。在低速范圍內(nèi)采用0～100 Pa微差壓計(jì)，其最大允許誤差為±0.25 Pa；在高速范圍內(nèi)采用0～1 250 Pa微差壓計(jì)，根據(jù)規(guī)程要求其最大允許誤差為±0.80 Pa。

假定其滿足均勻分布，可得：

對(duì)于由大氣壓的波動(dòng)引入的不確定度P0，根據(jù)規(guī)程要求，大氣壓的最大允許誤差為±40 Pa，假定其滿足均勻分布，

可得：

對(duì)于由皮托管校準(zhǔn)系數(shù)不準(zhǔn)波動(dòng)引入的不確定度ξ，根據(jù)規(guī)程要求，皮托管校準(zhǔn)系數(shù)的變化范圍為0.998～1.004，則半寬為0.003，假定其滿足均勻分布，可得：

因此可得輸入量s的不確定分量（s）：

5 合成不確定度

由于各輸入量彼此獨(dú)立互不相關(guān)，所以合成不確定度可按下式計(jì)算：

6 擴(kuò)展不確定度

取包含因子=2，則擴(kuò)展不確定度為：

=4.46 m/s，=×c1=2×0.017=0.034 m/s。

=8.31 m/s，=×c2=2×0.030=0.060 m/s。

=18.72 m/s，=×c3=2×0.033=0.066 m/s。

經(jīng)保留兩位小數(shù)后整理得到：

=4.46 m/s，=0.04 m/s；=2。

=8.31 m/s，=0.06 m/s；=2。

=18.72 m/s，=0.07 m/s；=2。

7 測(cè)量不確定度報(bào)告

風(fēng)速表的測(cè)量不確定度如下。

低速風(fēng)表：=4.46 m/s，=0.04 m/s；=2。

中速風(fēng)表：=8.31 m/s，=0.06 m/s；=2。

高速風(fēng)表：=18.72 m/s，=0.07 m/s；=2。

8 總結(jié)

通過(guò)對(duì)低速風(fēng)表、中速風(fēng)表、高速風(fēng)表的測(cè)量不確定度評(píng)定，表明使用本文提供的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備對(duì)機(jī)械風(fēng)表進(jìn)行測(cè)量，可以滿足《礦用風(fēng)速表》檢定規(guī)程的技術(shù)要求。

［1］江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京理工大學(xué)，等.JJ F1059.1—2012 測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示［S］.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012.

［2］國(guó)家礦山安全計(jì)量站.JJG（煤炭）01—96 礦用風(fēng)速表［S］.出版社不詳，1996.

TD723

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.064

2095－6835（2019）16－0145－02

王曉明，男，1990年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，淮南市計(jì)量測(cè)試檢定所高級(jí)工程師，從事計(jì)量行業(yè)28年，曾主持編制了《網(wǎng)絡(luò)電雷管電阻測(cè)試儀》《礦用溫度傳感器》等安徽省地方計(jì)量檢定規(guī)程。

〔編輯：張思楠〕