比较法正压漏孔校准结果的不确定度评定

张瑞芳，张涤新，赵　澜，董　猛，管保国，马亚芳

（兰州空间技术物理研究所，兰州730000）

比较法正压漏孔校准结果的不确定度评定

张瑞芳，张涤新，赵澜，董猛，管保国，马亚芳

（兰州空间技术物理研究所，兰州730000）

采用比较法校准正压漏孔具有操作简便、校准效率高的特点。为评定比较法校准正压漏孔校准结果的不确定度，在比较法校准正压漏孔的实验基础上，建立了比较法正压漏孔校准结果不确定度评定的数学模型，分析不确定度各影响分量及其灵敏度系数，计算出比较法校准正压漏孔的标准不确定度及扩展不确定度。

比较法；正压漏孔；不确定度评定

0　引言

在国防和国民生产各领域，尤其是在型号和武器装备的研制、试验、生产和使用的过程中，正压检漏技术发挥着越来越重要的作用。正压漏孔作为正压检漏的漏率标准，其校准的准确度也越来越受到人们的重视。

目前，国内外均开展了正压漏孔校准技术研究工作，对正压漏孔的校准采用的方法有定容法、恒压法、定量气体比较法，在尽可能延伸正压漏孔的校准下限的同时，根据采用的校准方法准确地评估相应不确定度是提高正压漏孔校准准确度的必要途径。近几年，兰州空间技术物理研究所真空计量一级站建立了比较法正压漏孔校准装置，首次提出采用比较法进行正压漏孔的校准，利用四极质谱计的线性关系，通过动态流量法系统进行分子流取样，比较被校正压漏孔和参考标准之间的离子流信号，从而获得被校正压漏孔的漏率。采用已知漏率的正压漏孔作为参考标准更接近于正压漏孔的实际使用情况，简化了校准过程，提高了校准效率，对于延伸正压漏孔的测量下限有着更大的潜力。因此，准确地评估采用比较法校准正压漏孔测量结果的不确定度是采用比较法校准正压漏孔的必要工作，具有重要的意义。

采用比较法对正压漏孔进行了大量的漏率测量实验，按照JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求，建立了比较法正压漏孔校准测量不确定度评定数学模型，分析各不确定度影响分量及其灵敏度系数，计算出比较法校准正压漏孔的标准不确定度及扩展不确定度。

1　比较法正压漏孔校准原理及装置

比较法校准正压漏孔的原理是：采用一支已知漏率的正压漏孔作为参考标准，分别将待校正压漏孔累积的示漏气体和参考正压漏孔累积的示漏气体引入质谱分析室，用四极质谱计获取示漏气体离子流信号，比较两次读数即可校准待校正压漏孔漏率。

比较法正压漏孔校准装置原理图如图1所示，该装置由供气系统、抽气系统、比较法校准系统等部分组成。

图1　比较法正压漏孔校准装置原理图

2　测量不确定度的评定

2.1数学模型

比较法正压漏孔校准漏率的数学模型如式（1）。

式中：Qi为第i（i=1，2，…，n）次漏率的测量值，Pa·m3/s；Qr为参考正压标准漏孔的漏率，Pa·m3/s；Δt为待校正压标准漏孔示漏气体流入累积室中的累积时间，s；Δtr为参考正压标准漏孔示漏气体流入累积室中的累积时间，s；I为待校正压标准漏孔在质谱分析室中产生的示漏气体离子流读数，A；Ir为参考正压标准漏孔在质谱分析室中产生的示漏气体离子流读数，A；I0为质谱分析室中示漏气体本底离子流，A。

2.2A类方法标准不确定度的评定

实验标准偏差按式（2）计算。

式中：Qi为第i（i=1，2，…，n）次漏率的测量值，Pa·m3/s；Q¯为被校正压标准漏孔的算术平均值，Pa·m3/s；SA（Q）为正压标准漏孔漏率的实验标准偏差，Pa·m3/s。

按照A类评定方法得到的相对不确定度u1按式（3）计算。

2.3B类方法标准不确定度的评定

式中的灵敏度系数分别按式（5）～（7）计算：

由于各分量独立不相关，可得正压标准漏孔（比较法）校准装置相对合成标准不确定度u2按式（8）计算。

2.4校准结果的相对扩展不确定度

式中：uc，r为校准结果的相对合成标准不确定度；一般取k=2，其置信水平约为0.95，则相对扩展不确定度为：

式中：Ur为校准结果的相对扩展不确定度；k为包含因子，一般取k=2。

3　测量不确定度的评定示例

采用比较法校准一支10-6Pa·m3/s量级的正压漏孔，测量数据记录如表1所列。

由表1可知，采用比较法进行正压漏孔校准的测量结果采用A类评定方法得到的相对标准不确定度评定为0.71%。比较法校准正压漏孔的测量结果的各影响分量及合成的标准不确定度的评定如表2所列。

表1　比较法校准10-6Pa·m3/s量级正压漏孔数据

表2　测量不确定度评定示例

由表2可知，参考正压漏孔引入的不确定度分量为10%，测量时间引入的不确定度分量为1%，质谱计测量离子流引入的不确定度分量为2.4%，由式（8）计算得到B类评定的测量不确定度评定为10.4%。由式（9）计算得到正压漏孔校准的相对合成不确定度为11%，取k=2，置信水平约为95%，则相对扩展不确定度为22%。

4　小结

通过采用比较法校准一支10-6Pa·m3/s量级的正压漏孔，对校准结果进行了不确定度评定，发现参考正压标准漏孔引入的不确定度分量是比较法校准正压漏孔不确定度评定的主要来源，因此采用不确定度小的正压漏孔作为参考漏孔是提高比较法校准正压漏孔准确度最直接有效的方法与途径。

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UNCERTAINTY EVALUATION OF CALIBRATION SPECIFICATION FOR PRESSURE REFERENCE LEAK

ZHANG Rui-fang，ZHANG Di-xin，ZHAO Lan，DONG Meng，GUAN Bao-guo，MAYa-fang
（Lanzhou Institution of Physics，Lanzhou730000，China）

Pressure reference leak calibration with compare method is simple and efficiency.To evaluate uncertainty of calibration specification for pressure reference leak with compare method，we establish math model，analyze the influence and the sensitivity of uncertainty，evaluate the uncertainty caused by the calibration apparatus and repeat measure，comparatively extendable uncertainty of calibration specification for pressure reference leak could be gained.At last，through experimentation，this paper gives a demonstration of calibration specification for pressure reference leak.

compare method；pressure leak；uncertainty evaluation

TB771

A

1006-7086（2015）06-0348-03

10.3969/j.issn.1006-7086.2015.06.009

2015-10-26

张瑞芳（1984-），女，甘肃兰州市人，硕士研究生，主要从事真空计量学研究工作。Email：15719329165@163.com。