恒壓法校準正壓漏孔的測量不確定度評定

2014-08-22 張瑞芳 蘭州空間技術物理研究所

  為評定恒壓法校準正壓漏孔的測量不確定度,建立恒壓法正壓漏孔校準結果測量不確定度評定的數學模型,分析不確定度各影響分量及其靈敏系數,由恒壓法校準正壓漏孔的A類標準不確定度評定及B類標準不確定度評定,計算出恒壓法校準正壓漏孔的相對擴展不確定度,并通過實驗給出恒壓法校準正壓漏孔的測量不確定度評定示例。

引言

  隨著科學的不斷進步,正壓漏孔已經越來越廣泛的應用于航天、航空、制冷、汽車等行業和領域,各行業產品生產的發展與高可靠性的要求對正壓漏孔校準準確度的要求不斷提高。

  目前,國內外均開展了正壓漏孔校準技術研究工作,如國外的德國物理技術研究院(PTB)、瑞士BALZERS公司、美國材料與測試學會(ASTM)和歐洲標準化委員會(ECS),以及國內的中國計量院、上海計量測試技術研究所、航天科技集團一院、清華大學、蘭州空間技術物理研究所等單位,在正壓漏孔校準裝置研制及校準方法研究方面開展了大量研究,并對正壓漏孔校準測量不確定度進行了評定。

  測量不確定度是正壓漏孔校準結果的組成部分,采用恒壓法校準正壓漏孔,與國內外其他研究機構相比,在延伸正壓漏孔下限的同時,降低了正壓漏孔校準的測量不確定度。按照JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的要求,評定恒壓法校準正壓漏孔的測量不確定度。

1、恒壓法正壓漏孔校準原理及裝置

  恒壓法校準正壓漏孔的原理是:在一定溫度下,將正壓漏孔流出的校準氣體引入到變容室中,通過活塞移動改變變容室的容積,使變容室內氣體壓力保持恒定,測量變容室壓力、變容室容積變化量及測量時間,計算出正壓漏孔漏率。

  恒壓法正壓漏孔校準裝置原理圖如圖1所示,通過恒溫等措施,采用恒壓法校準正壓漏孔,抽氣系統將校準裝置壓力抽至100 Pa以下,向變容室與參考室中充入所需壓力的氣體,絕對式電容薄膜真空計測量初始壓力,差壓式電容薄膜真空計測量變容室中的壓力變化。

正壓漏孔校準裝置原理圖

圖1 正壓漏孔校準裝置原理圖

  1、11. 絕對式電容薄膜真空計;2、3、6、8、9、10、12、13、17、19、23、24、25、31. 閥門;4、5、7. 氣瓶;14. 分子泵;15. 針閥;16、20. 標準容積(0.1L,1L);18. 定容室1;21. 電磁閥;22. 正壓標準漏孔;26. 機械泵;27. 電機及平動機構;28. 變容室及活塞;29. 定容室2;30. 差壓式電容薄膜真空計。

  該裝置可以實現定容法和恒壓法兩種校準方法,恒壓法的校準范圍為5×10-8~5×10-6 Pa·m3/s,相對擴展不確定度不大于10%,取k=2。

2、小結

  通過采用恒壓法校準5×10-8~5×10-6 Pa·m3/s內三支不同量級的正壓漏孔,對校準結果進行了不確定度評定,發現由于采用恒壓法校準正壓漏孔時,B類不確定度評定結果較小,正壓漏孔漏率的A類標準不確定度評定為恒壓法校準正壓漏孔測量不確定度的主要來源,特別是校準裝置本底的測量不確定度基本上可以忽略,因此采用一些措施減小正壓漏孔校準的A類測量不確定度是降低恒壓法校準正壓漏孔的測量不確定度,提高正壓漏孔校準準確度的最主要方式。