比較法正壓漏孔校準結果的不確定度評定

張瑞芳，張滌新，趙　瀾，董　猛，管保國，馬亞芳

（蘭州空間技術物理研究所，蘭州730000）

比較法正壓漏孔校準結果的不確定度評定

張瑞芳，張滌新，趙瀾，董猛，管保國，馬亞芳

（蘭州空間技術物理研究所，蘭州730000）

采用比較法校準正壓漏孔具有操作簡便、校準效率高的特點。為評定比較法校準正壓漏孔校準結果的不確定度，在比較法校準正壓漏孔的實驗基礎上，建立了比較法正壓漏孔校準結果不確定度評定的數(shù)學模型，分析不確定度各影響分量及其靈敏度系數(shù)，計算出比較法校準正壓漏孔的標準不確定度及擴展不確定度。

比較法；正壓漏孔；不確定度評定

0　引言

在國防和國民生產各領域，尤其是在型號和武器裝備的研制、試驗、生產和使用的過程中，正壓檢漏技術發(fā)揮著越來越重要的作用。正壓漏孔作為正壓檢漏的漏率標準，其校準的準確度也越來越受到人們的重視。

目前，國內外均開展了正壓漏孔校準技術研究工作，對正壓漏孔的校準采用的方法有定容法、恒壓法、定量氣體比較法，在盡可能延伸正壓漏孔的校準下限的同時，根據采用的校準方法準確地評估相應不確定度是提高正壓漏孔校準準確度的必要途徑。近幾年，蘭州空間技術物理研究所真空計量一級站建立了比較法正壓漏孔校準裝置，首次提出采用比較法進行正壓漏孔的校準，利用四極質譜計的線性關系，通過動態(tài)流量法系統(tǒng)進行分子流取樣，比較被校正壓漏孔和參考標準之間的離子流信號，從而獲得被校正壓漏孔的漏率。采用已知漏率的正壓漏孔作為參考標準更接近于正壓漏孔的實際使用情況，簡化了校準過程，提高了校準效率，對于延伸正壓漏孔的測量下限有著更大的潛力。因此，準確地評估采用比較法校準正壓漏孔測量結果的不確定度是采用比較法校準正壓漏孔的必要工作，具有重要的意義。

采用比較法對正壓漏孔進行了大量的漏率測量實驗，按照JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的要求，建立了比較法正壓漏孔校準測量不確定度評定數(shù)學模型，分析各不確定度影響分量及其靈敏度系數(shù)，計算出比較法校準正壓漏孔的標準不確定度及擴展不確定度。

1　比較法正壓漏孔校準原理及裝置

比較法校準正壓漏孔的原理是：采用一支已知漏率的正壓漏孔作為參考標準，分別將待校正壓漏孔累積的示漏氣體和參考正壓漏孔累積的示漏氣體引入質譜分析室，用四極質譜計獲取示漏氣體離子流信號，比較兩次讀數(shù)即可校準待校正壓漏孔漏率。

比較法正壓漏孔校準裝置原理圖如圖1所示，該裝置由供氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、比較法校準系統(tǒng)等部分組成。

圖1　比較法正壓漏孔校準裝置原理圖

2　測量不確定度的評定

2.1數(shù)學模型

比較法正壓漏孔校準漏率的數(shù)學模型如式（1）。

式中：Qi為第i（i=1，2，…，n）次漏率的測量值，Pa·m3/s；Qr為參考正壓標準漏孔的漏率，Pa·m3/s；Δt為待校正壓標準漏孔示漏氣體流入累積室中的累積時間，s；Δtr為參考正壓標準漏孔示漏氣體流入累積室中的累積時間，s；I為待校正壓標準漏孔在質譜分析室中產生的示漏氣體離子流讀數(shù)，A；Ir為參考正壓標準漏孔在質譜分析室中產生的示漏氣體離子流讀數(shù)，A；I0為質譜分析室中示漏氣體本底離子流，A。

2.2A類方法標準不確定度的評定

實驗標準偏差按式（2）計算。

式中：Qi為第i（i=1，2，…，n）次漏率的測量值，Pa·m3/s；Qˉ為被校正壓標準漏孔的算術平均值，Pa·m3/s；SA（Q）為正壓標準漏孔漏率的實驗標準偏差，Pa·m3/s。

按照A類評定方法得到的相對不確定度u1按式（3）計算。

2.3B類方法標準不確定度的評定

式中的靈敏度系數(shù)分別按式（5）～（7）計算：

由于各分量獨立不相關，可得正壓標準漏孔（比較法）校準裝置相對合成標準不確定度u2按式（8）計算。

2.4校準結果的相對擴展不確定度

式中：uc，r為校準結果的相對合成標準不確定度；一般取k=2，其置信水平約為0.95，則相對擴展不確定度為：

式中：Ur為校準結果的相對擴展不確定度；k為包含因子，一般取k=2。

3　測量不確定度的評定示例

采用比較法校準一支10-6Pa·m3/s量級的正壓漏孔，測量數(shù)據記錄如表1所列。

由表1可知，采用比較法進行正壓漏孔校準的測量結果采用A類評定方法得到的相對標準不確定度評定為0.71%。比較法校準正壓漏孔的測量結果的各影響分量及合成的標準不確定度的評定如表2所列。

表1　比較法校準10-6Pa·m3/s量級正壓漏孔數(shù)據

表2　測量不確定度評定示例

由表2可知，參考正壓漏孔引入的不確定度分量為10%，測量時間引入的不確定度分量為1%，質譜計測量離子流引入的不確定度分量為2.4%，由式（8）計算得到B類評定的測量不確定度評定為10.4%。由式（9）計算得到正壓漏孔校準的相對合成不確定度為11%，取k=2，置信水平約為95%，則相對擴展不確定度為22%。

4　小結

通過采用比較法校準一支10-6Pa·m3/s量級的正壓漏孔，對校準結果進行了不確定度評定，發(fā)現(xiàn)參考正壓標準漏孔引入的不確定度分量是比較法校準正壓漏孔不確定度評定的主要來源，因此采用不確定度小的正壓漏孔作為參考漏孔是提高比較法校準正壓漏孔準確度最直接有效的方法與途徑。

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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

張瑞芳（1984-），女，甘肅蘭州市人，碩士研究生，主要從事真空計量學研究工作。Email：15719329165@163.com。