皮托管校准装置校准结果的不确定度分析.pdf

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《自动化与仪器仪表》2013年第4期(总第168期)
皮托管校准装置校准结果的不确定度分析
黄健',肖苏2,程虎
(中国空气动力研究与发展中心校准測试实验室四川绵旧,621000
(2解放军95430部队成都,610081)
摘要:介绍了皮托管校准装置的组成、校准方法,分析了校准结果的不确定度来源,详细计算了不确定度的各个分
量,计算了合成标准不确定度和扩展不确定度
关键词:皮托管;校准装置;风速测量误差;不确定度
Abstract: The article introduced compose and calibration method of pitot tubes calibration device, analyzed main source of un
certainty of calibration result computed detailedly all kinds of uncertainty and standard uncertainty and expanded uncertainty
Key words: Pitot tubes; Calibration device; Measure errors of speed; Uncertaint,
中图分类号:TH814
文献标识码:B
文章编号:1001-9227(2013)04-0109-02
言
皮托管装置
低速风洞皮托管(风速管)装置是指低速风洞试验使用的
被校准)
皮托管、压力变送器(或微压计)、数据处理系统等组成的
皮托管、压
变送器(或敬
套设备,是检测低速风洞试验段的流速范围、气流稳定性、气
压计)、数采及
低速风洞
(了作段)
流均匀性和紊流度等流场品质的重要设备。
处理养统
1皮托管校准装置的组成
校装置
皮托管校准装置是校准低速风洞试验使用的皮托管装置的
测量设备,主要由标准皮托管、压力变送器、数据采集处理器
图1皮托管装置的校准原理图
测量软件以及低速风洞等组成。
△:=F-F
式中,△;为各校准点风速的测量误差,m/s,i=1,
2校准方法
,…,n:E为各校准点风速的实测值,m/s;F为各校准点风
校准工作条件是:标准皮托管和被校皮托管安裝在风洞工速的给定值
作段洞壁同一截面上的中心,应牢固、不得漏气;校准时的
皮托管装置通过测量流体压力可计算流体中某一点的流
环境温度(20±10)℃、湿度45%RH~75%RH,无影响校准
速
结果的振动和外磁场等
校准结果:在被校准皮托管装置风速的全量程上进行校
校准主要项目是:风速测量误差
准,取各校准点风速的测量误差中最大绝对值者为风速测量误
校准方法是:采用比较測量方法。校准时,从选择的风速差的校准结果。
最小校准点开始平稳地提高风洞的运行速度,读取并记录各校
3不确定度的分析
准点直到最大风速校准点的测量值。
根据风洞皮托管装置的校准规程要求,采用皮托管校准装
选择校准点:按被校准皮托管装置风速的实际工作量程,
置对风洞使用的皮托管装置进行风速测量误差的校准。
基本上均布选择校准点,一般选择应包括上限值、下限值(或3.1数学模型
其附近10%)在内不少于7个点。
根据(1)式,对风洞皮托管装置进行风速测量误差的校
风洞皮托管校准装置与被校准皮托管装置在同一风洞工作
准,其校准结果为
段进行比较测量,见图1所示。
IFI- F
风速测量误差的计算:皮托管装置风速的测量误差按
3.,2灵敏度系数
(1)式计算。
c1=a△/aF2=1
c2=a△/aF=-1
3.3不确定度分量
4为F引入的不确定度分量;n为F引入的不确定度分量
3.4合成标准不确定度
收稿日期:2013-04-03
经分析,以上各项不确定度分量相互独立不相关,根据不
作者简介:黄健(1963),男,高级工程师,主要从事
测试计量技术与仪器研究工作。
确定度的传递率,得到风速测量误差校准结果的合成标准不确
皮托管校准装置校准结果的不确定度分析黄健,等
定度为
于矩形分布,k=32,则:0.3%/32=0.173%
C>tb
压力变送器最大允许误差0.04%FS,属于矩形分布,k=3
3.5扩展不确定度
则:(0.04%/31"≈0.023%
风速测量误差校准结果的扩展不确定度U为
数据采集处理器的不确定度为.02%,(k=2),则:0.02%
U=k。u
2=0.01%。
取包含因子k=2。
风洞的速压控制0.2%,属于矩形分布,k=3",则:0.2%
计算示例
312=0.115%。
采用标准皮托管(0.3%)、压力变送器(0.04%FS)、数据
经分析,四项分量独立不相关,合成后n2为:
采集处理器(0.02%,k=2)以及低速风洞(速压控制0.2%,稳
2=(0.173%62+0.023%6+0.019%62+0.115%2)12≈0.21%。
定性0.5%)等校准器具对风洞使用的皮托管装置进行风速测量
(3)合成标准不确定度的计算
误差的校准,皮托管装置的工作范围为(15-120)m/s,按量
经分析,以上各项不确定度分量相互独立不相关,根据
程均布选择校准7个点,取各校准点风速的测量误差中最大绝(2)式不确定度的传递率,得到风速测量误差校准结果的合成
对值者为测量误差的校准结果。
标准不确定度a为
校准环境条件:工作现场温度(10-30)C、湿度45%
4み={(1x0.27%)2+(-1×0.21%)2}2=0.35%。
RH-75%RH,不存在其它对校准工作和结果的影响。
(4)扩展不确定度的计算
从皮托管校准装置的组成和工作过程分析,皮托管校准装
根据(3)式,风速測量误差的扩展不确定度(k=2)
置对皮托管装置进行风速测量误差的校准测量,不确定度主要为:Uたk?=2x0.35%=0.7%。
来源是F引入的不确定度分量和F引入的不确定度分量。
因此,低速风洞皮托管校准装置风速测量误差的测量不确
(1)F引入的不确定度分量
定度为0.7%(k=2),优于低速风洞皮托管装置校准规程计量特
该分量的主要贡献量有:皮托管校准装置(标准皮托管、性的技术要求。
压力变送器和数据采集处理器)和风洞测量重复性的影响
参考文献
标准皮托管测量重复性为0.3%,属于正态分布,取置信概[1]JG158-1994标准补偿式徽压计[M].北京:中国计量出版社,
率99.73%,k=3,则:0.3%/3=0.1%。
压力变送器和数据采集处理器工作稳定,测量重复性良2]JG518-199皮托管DM]北京:中国计量出版社出版,1998
好,其引入的不确定度很小可不计。
[3]JG882-2004压力变送器M』北京:中国计量出版社出版,2005.
风洞设备的稳定性为0.5%,属于正态分布,取置信概率『JF1048-995数据采集系统校准规范M北京:中国计量出版社出
95.45%,k=2,则:0.59%/2=0.25%。
版,1996.
经分析,四项