數(shù)字與補(bǔ)償式微壓計(jì)平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)與分析

數(shù)字與補(bǔ)償式微壓計(jì)平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)與分析

 1 引言 目前，我省風(fēng)檢定系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)器是微差壓計(jì)， 微差壓計(jì)又分為補(bǔ)償式微壓計(jì)和數(shù)字式微壓計(jì)。 通過(guò)對(duì)數(shù)字式微壓計(jì)與補(bǔ)償微壓計(jì)在風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行 對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行綜合分析和研究，表明數(shù) 字微壓計(jì)具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。

2 實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備 實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備包括HDF一500型回路低 速風(fēng)洞、二等補(bǔ)償式微壓計(jì)、數(shù)字微壓計(jì)、二等皮 托靜壓管、空盒氣壓表、溫度計(jì)、濕度計(jì)等。

3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法
3．1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 包括儀器零點(diǎn)變化和測(cè)量結(jié)果的不確定度分 析兩項(xiàng)。
3,2實(shí)驗(yàn)方法 按照 EM6型輕便三 風(fēng)速表溯耀中雪 之沒(méi) 定 ，風(fēng)速 及『I 1、5、10、20、25、28、30rn／s。 每個(gè)試驗(yàn)風(fēng)速點(diǎn)調(diào)整好后須穩(wěn)定1分鐘后才能讀 取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，用三通和膠管將 皮托管、數(shù)字微壓計(jì)、補(bǔ)償微壓計(jì)連接，讓補(bǔ)償和 數(shù)字微壓計(jì)同時(shí)感應(yīng)皮托管輸出的實(shí)測(cè)風(fēng)壓值 (如圖1)。 試驗(yàn)時(shí)，自動(dòng)采集數(shù)字微壓計(jì)的實(shí)測(cè)風(fēng)壓值， 以每分鐘30次數(shù)據(jù)的平均值作為風(fēng)速點(diǎn)的動(dòng)壓 值，讀取補(bǔ)償微壓計(jì)的讀數(shù)的最大和最小值，以最 大和最小值的平均值作為該風(fēng)速點(diǎn)的實(shí)測(cè)風(fēng)壓 值。

4試驗(yàn)結(jié)果的不確定度分析
4．1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定 在試驗(yàn)中我們共對(duì)8個(gè)流速點(diǎn)進(jìn)行了9組試 驗(yàn)。下面取5、20、30三個(gè)流速點(diǎn)進(jìn)行不確定度的 A類評(píng)定。 合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差為： UA= U。A= ： 0．474％ = 0．509％ 說(shuō)明，m為檢定點(diǎn)數(shù)，用計(jì)算出的各檢定點(diǎn)的 算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以該點(diǎn)的風(fēng)速值x 100％，轉(zhuǎn)化為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．474％和0509％。
4．2 B類不確定度的評(píng)定 B類不確定度的評(píng)定主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)皮托靜 壓管、數(shù)字微差壓計(jì)、風(fēng)洞流場(chǎng)的不穩(wěn)定性(不均 勻性)、流場(chǎng)紊流度、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理時(shí)的修約誤 差等。 圖1試驗(yàn)測(cè) 【，J 意圖
4．2．1由標(biāo)準(zhǔn)皮托管校準(zhǔn)系數(shù)引入的不確定分量 根據(jù)國(guó)家氣象計(jì)量站風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié) 果，該項(xiàng)誤差不超過(guò)0．5％，按均勻分布，取置信因 子k=1．732，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： UB1=0．5％／1．732=0．289％
4．2．2皮托管靜壓管安裝偏斜引入的不確定度分 量 皮托管的總壓孔應(yīng)正對(duì)氣流來(lái)向，但在實(shí)際 測(cè)量過(guò)程中，存在安裝和操作的隨機(jī)性，安裝時(shí)不 可能與氣流來(lái)向絕對(duì)一致，總壓孔偏離氣流的來(lái) 向，致使皮托管輸出的實(shí)測(cè)風(fēng)壓產(chǎn)生誤差。由國(guó)家 流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)ISO3966可知，當(dāng)氣流與皮托管總 壓孔的偏斜角度在3。時(shí)(最大估計(jì))，所引起的皮 托管的實(shí)測(cè)風(fēng)壓相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： UB2：0-3％
4．2．3風(fēng)洞試驗(yàn)段流場(chǎng)不均勻性引起的不確定度 分量 根據(jù)HDF一500型低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段氣流不均 勻性的檢定結(jié)果，其流速不均勻性標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏差 未超過(guò)1．0％，其誤差按正態(tài)分布，取置信因子 K=3，由流場(chǎng)流速不均勻性引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確 定度為： UB3=1．0％／3=0．334％
4．2．4風(fēng)洞試驗(yàn)段流場(chǎng)的紊流度引入的不確定度 分量 根據(jù)HDF一500型低速風(fēng)洞的技術(shù)指標(biāo)，其試 驗(yàn)段氣流紊流強(qiáng)度在0．5％以內(nèi)，它所產(chǎn)生的誤差 呈均勻分布，取置信因子K=I．732，由流場(chǎng)的紊流 度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： UB4=0．5％ ／1．732=0．289％
4．2．5計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理時(shí)的修約誤差引入的不確 定分量 檢定過(guò)程中，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)字微壓計(jì)輸 出的實(shí)測(cè)風(fēng)壓值，并保留一位小數(shù)，其修約誤差最 大為0．05％。修約誤差呈正態(tài)分布，取置信因子， 則有數(shù)字修約誤差所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分 量為： UB5：0．05％／1．732=0．029％
4．2．6數(shù)字微差壓計(jì)i貝0量誤差引入的不確定度分 量 從技術(shù)資料中可知數(shù)字微壓計(jì)的最大允許誤 差為0．8Pa，隨著風(fēng)速的增加，差壓值增大，其影響 的量值越小。相反，隨著風(fēng)速的降低，差壓值越小， 相對(duì)誤差值變大。為保汪在一定的測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè) 量結(jié)果有一個(gè)可以接受的準(zhǔn)確度，分別取5m／s、 20m／s、30m／s不同風(fēng)點(diǎn)計(jì)算。低速段選擇5m／s作 為測(cè)量范圍的下限風(fēng)速，5n~ts的相當(dāng)風(fēng)速，其相 應(yīng)的實(shí)測(cè)風(fēng)壓為15．3Pa，在該風(fēng)速點(diǎn)，實(shí)測(cè)風(fēng)壓 值的最大相對(duì)誤差為0．8／l5．3=5．2％，服從正態(tài)分 布規(guī)律，取置信因子，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 5．2％／3=1．73％ ；同理20m／s時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 為0．1l％；當(dāng)流速為30m／s時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 為0．05％；為確保安全提高分析數(shù)據(jù)的可信度，微 壓計(jì)引入的不確定度分量選最大值： UB6：5．2％ ／3=1．73％ 本站使用二等補(bǔ)償式微壓計(jì)，其最大允許誤 差為0．8Pa，利用上述求數(shù)字微壓計(jì)不確定度最大 值的方法，得到補(bǔ)償式微壓計(jì)引入的不確定度為： U B6=1．83％ 根據(jù)B類不確定度分量，求B類合成相對(duì)標(biāo) 準(zhǔn)不確定度為： u嘴：,~—2—2——2—2 2 2 = V 0．289+0．3+0．334+0．289+0．029+1．73 = 1．879％ Ut嘴： —2— 2— —2 2 2 =V 0．289 +0．3 +0．334 +0．289+1．83 = 1．928％ 4．2．7合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Uc=、／u：+u：合：Vo．474。+1．879‘=1．938％ ut ：～T ／~uT!A十U 2 t 2 ： ：1． 994％ 4．2．8 求擴(kuò)展不確定度 因合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度一般服從正態(tài)分 布，取置信因子擴(kuò)展不確定度為： U=kUc=2×1．938％=3．876％ ’ U’=kU’c=2× 1．994％=3．988％

5結(jié)論 在試驗(yàn)中，數(shù)字微壓計(jì)零位變化最大值為+0． IPa，其不確定度優(yōu)于補(bǔ)償式微壓計(jì)。 綜合分析表明，數(shù)字微壓計(jì)的技術(shù)指標(biāo)符合 二等微壓計(jì)的使用要求(二等微壓計(jì)檢定規(guī)程規(guī) 定：示值的最大允許誤差為±0．8Pa，零位變化最 大為土0．3Pa)。可以作為二等微壓計(jì)代替目前普 遍使用的補(bǔ)償式微壓計(jì)。