矿用风速表检定装置测量不确定度评价
2015-05-13杜尚宝张猛
杜尚宝 张猛
摘 要：该文提出了矿用风速表检定装置测量不确定度评价，为正确评定矿用风速仪表测量不确定度，提高风速仪表检定准确度寻找科学依据。该文主要就矿用风速表检定装置测量不确定度的测量条件、测量不确定度的来源、数学模型、各分量测量不确定度、合成标准不确定度评定、扩展不确定度等几个方面进行论述。
关键词：矿用 风速表检定装置 不确定度 评价
中图分类号：TH765 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0248-01
为正确评定矿用风速仪表测量不确定度，提高風速仪表检定准确度寻找科学依据。现对矿用风速表检定装置测量不确定度进行评价。
1 测量条件
⑴计量器具：微差压计编号7311092，误差为±0.2 Pa；皮托管编号7；ξ=1.003；精密温度计编号22061，示值允许误差，0.2 ℃；空盒气压表编号12934。⑵环境温度：22.0 ℃，温度波动为1 ℃；大气压力值为103425 Pa。⑶评定点：7 m/s。⑷评定日期：2014年8月24日。
2 测量不确定度的来源分析
⑴计量器具本身的影响，包括微差压计，温度计，大气压力计等。⑵人员读数误差。由于计量器具的示值均为模拟读数，导致存在读数误差。⑶测量环境的影响。在测量过程中，环境温度不是固定不变的，而是变化的。⑷测量方法。风洞内风速场并不是完全均匀的。
3 数学模型
标准值vs由实测大气压力值和实测温度值根据下式算出：
（1）
其中：P—实测动压值，Pa；ρ—空气密度，kg/m3；N—工作段风速比，N=3.17；ξ—皮托管校准系数，1.003。
而空气密度由下式计算： （2）
其中：p0—实测大气压力值，Pa；t—实测温度值，℃；将（2）式代入（1）式得：
（3）
4 各分量测量不确定度分析
4.1 微差压计示值误差引入的测量不确定度分析
由微差压计的检定证书可知，其示值误差为0.2 Pa，在环境温度为18.0 ℃、大气压力值为102648 Pa情况下，0.2 Pa换算成风速值为：≈0.181 m/s （4）
该误差服从均匀分布，取k=，则
u（vsp）==≈0.104 m/s （5）
取σ[u（vi）]/u（vi）=0.10，则自由度ν（vsp）==50 （6）
4.2 由于温度波动引入的测量不确定度分析
在测量温度为21.5 ℃的情况下，对应风速为7.0 m/s的动压力值为：
≈297.70 Pa （7）
假定压力值不变，当温度波动为1 ℃时的风速为：
（8）
由于温度波动引入的实际风速误差为：
Δvst==0.012 m/s （9）
该误差服从均匀分布，取k=，则
u（vst）==≈0.007 m/s （10）
取σ[u（vi）]/u（vi）=0.20，则自由度ν（vst）==12（11）
4.3 大气压力计示值误差引入的测量不确定度
由于大气压力值较大，大气压力计示值误差对测量结果影响较小，可以忽略不计。
5 合成标准不确定度评定
5.1 标准不确定度分量汇总表
标准不确定度如表1所示。
5.2 合成标准不确定度计算
由于u（vsp）、u（vst）互不相关，故vs的标准不确定度u（vs）为：
=≈0.104m/s（12）
合成标准不确定度有效自由度为：
ν=50 （13）
6 扩展不确定度
取置信概率p=95%，有效自由度νeff=50，对照t分布表查得： kp=t95（50）=2.01，则扩展不确定度为：
U95=kp×uS=2.01×0.104=0.208m/s （14）
参考文献
[1] 孟小红，杨诚，朱正宪.矿用风速表测量不确定度评定[J].计量与测试技术，2004（2）.
[2] 王三伟，闫国旗.矿用风速表示值误差测量不确定度评定[J].中国计量，2007（6）.
[3] 沈利荣.矿用风速表测量不确定度探讨[J].科技传播，2014（16）.
