航天器单机产品真空室检漏法测量结果的不确定度评定

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京卫星环境工程研究所 作者:汪力

  航天器推进系统的单机产品的漏率测试往往采用氦质谱真空室检漏法,研究该方法测量结果的不确定度评定具有重要的工程应用价值。本文首先对真空室检漏法的原理进行了分析探讨,并从不确定的基础理论出发系统地研究了氦质谱真空室检漏法测量结果的不确定度评定方法,并结合工作的具体案例给出了评价的具体步骤。

  真空室检漏法由于其具有较高的灵敏度,且可以模拟航天器单机产品工作的真实环境,因此已广泛应用于现阶段航天器推进系统的单机产品的检漏测试。当然,该种方法也可应用于小卫星的整星检漏测试。值得一提的是,真空室检漏法在某些文献中也称为“加压真空检漏法”,本文则采用文献中的名称。通常,真空室法的检漏系统示意图如图1 所示,当然还有其它的系统示意图,如将检漏仪直接接在真空室上等,具体可参考文献。

真空室法检漏系统示意图

图1 真空室法检漏系统示意图

  本文重点阐述现已广泛使用的如图1 所示的真空室法的检漏系统示意图,其基本原理是利用真空校准漏孔比对被检漏孔来进行测试。具体的试验过程是:首先建立一个符合真空室检漏方法并满足检漏灵敏度要求的检漏系统。对真空室抽真空,达到检漏要求的真空度时打开截止阀,使真空室与已经工作的检漏仪连接,在仪器稳定后记录系统本底值,然后打开真空校准漏孔,待仪器示值稳定,记录反应值,关闭真空校准漏孔等待仪器回到本底初值,对被检件充入工作压力的氦气,记录检漏仪的反应值,从而达到检漏目的。目前航天器推进系统的单机产品的检漏测试结果只能给出测量值,却不能给出评价测试结果的参数———不确定度。本文尝试从测试系统的不确定度和随机因素所引起的不确定度两方面对氦质谱真空室检漏法测量结果的不确定度进行研究。

2、真空室检漏法测量结果不确定度来源分析

  真空室检漏法不确定度的来源主要有以下几个方面:氦质谱检漏仪、真空校准漏孔、测试环境、测试时间和不同操作者等。但在对真空室检漏法测量结果的不确定度进行评定时,却很难将以上各个影响因素的不确定度分量分别量化,然后再进行合成。原因在于有些因素是耦合的,如在测试不同操作者引入的不确定度分量时,会不可避免地将测试环境等因素引起的不确定度分量带入了。因此,可将以上影响因素分成检漏测试系统效应不确定度以及随机因素引起的不确定度两部分组成。其中,检漏测试系统的不确定度将考虑氦质谱检漏仪、真空校准漏孔等检漏测试系统的重要组成部分导致的不确定度,这一部分不确定度是固定的;随机因素引起的不确定度则包含了测试环境、不同操作者、测试时间等其它因素而带来的不确定度,是不确定的,与具体每次检漏测试的条件是相关的。

4、讨论

  该被检件其实是真空标准漏孔,其标称值为2.60×10- 7 Pa·m3/s,U=18.0%(k=2), 由国防科技工业真空一级计量站提供,因此可以认为是被检件的真值。若测试结果的置信水平为0.95,则真值将绝大部分落在测试结果的区间内,如图2所示。图中,细线部分为真值范围,粗线部分为航天器单机产品真空室检漏法的测试结果。图3给出了置信水平为0.99 的分析图。由图3 可见,真值全部落在测试结果的范围内。因此,可以认为评定结果正确。被检件最终测试结果由公式(24)给出。

航天器单机产品真空室检漏法测量结果的不确定度评定

图2 测试结果取包含因子k=2 时的分析图图3 测试结果取包含因子k=3 时的分析图

5、结束语

  本文基于不确定度的基础理论,对航天器单机产品的真空室检漏法测量结果的不确定度从测试的系统影响因素和随机影响因素两方面进行了研究,通过实际案例证明了该评定方法的正确性。本文的评价方法将对其它真空检漏方法测量结果的不确定度评定具有一定的参考意义。

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