恒压法校准正压漏孔的测量不确定度评定

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:张瑞芳

  为评定恒压法校准正压漏孔的测量不确定度,建立恒压法正压漏孔校准结果测量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系数,由恒压法校准正压漏孔的A类标准不确定度评定及B类标准不确定度评定,计算出恒压法校准正压漏孔的相对扩展不确定度,并通过实验给出恒压法校准正压漏孔的测量不确定度评定示例。

引言

  随着科学的不断进步,正压漏孔已经越来越广泛的应用于航天、航空、制冷、汽车等行业和领域,各行业产品生产的发展与高可靠性的要求对正压漏孔校准准确度的要求不断提高。

  目前,国内外均开展了正压漏孔校准技术研究工作,如国外的德国物理技术研究院(PTB)、瑞士BALZERS公司、美国材料与测试学会(ASTM)和欧洲标准化委员会(ECS),以及国内的中国计量院、上海计量测试技术研究所、航天科技集团一院、清华大学、兰州空间技术物理研究所等单位,在正压漏孔校准装置研制及校准方法研究方面开展了大量研究,并对正压漏孔校准测量不确定度进行了评定。

  测量不确定度是正压漏孔校准结果的组成部分,采用恒压法校准正压漏孔,与国内外其他研究机构相比,在延伸正压漏孔下限的同时,降低了正压漏孔校准的测量不确定度。按照JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求,评定恒压法校准正压漏孔的测量不确定度。

1、恒压法正压漏孔校准原理及装置

  恒压法校准正压漏孔的原理是:在一定温度下,将正压漏孔流出的校准气体引入到变容室中,通过活塞移动改变变容室的容积,使变容室内气体压力保持恒定,测量变容室压力、变容室容积变化量及测量时间,计算出正压漏孔漏率。

  恒压法正压漏孔校准装置原理图如图1所示,通过恒温等措施,采用恒压法校准正压漏孔,抽气系统将校准装置压力抽至100 Pa以下,向变容室与参考室中充入所需压力的气体,绝对式电容薄膜真空计测量初始压力,差压式电容薄膜真空计测量变容室中的压力变化。

正压漏孔校准装置原理图

图1 正压漏孔校准装置原理图

  1、11. 绝对式电容薄膜真空计;2、3、6、8、9、10、12、13、17、19、23、24、25、31. 阀门;4、5、7. 气瓶;14. 分子泵;15. 针阀;16、20. 标准容积(0.1L,1L);18. 定容室1;21. 电磁阀;22. 正压标准漏孔;26. 机械泵;27. 电机及平动机构;28. 变容室及活塞;29. 定容室2;30. 差压式电容薄膜真空计。

  该装置可以实现定容法和恒压法两种校准方法,恒压法的校准范围为5×10-8~5×10-6 Pa·m3/s,相对扩展不确定度不大于10%,取k=2。

2、小结

  通过采用恒压法校准5×10-8~5×10-6 Pa·m3/s内三支不同量级的正压漏孔,对校准结果进行了不确定度评定,发现由于采用恒压法校准正压漏孔时,B类不确定度评定结果较小,正压漏孔漏率的A类标准不确定度评定为恒压法校准正压漏孔测量不确定度的主要来源,特别是校准装置本底的测量不确定度基本上可以忽略,因此采用一些措施减小正压漏孔校准的A类测量不确定度是降低恒压法校准正压漏孔的测量不确定度,提高正压漏孔校准准确度的最主要方式。

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