皮托管校准装置校准结果的不确定度分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

低速风洞皮托管 (风速管)装置是指低速风洞试验使用的皮托管、压力变送器 (或微压计)、数据处理系统等组成的-套设备，是检测低速风洞试验段的流速范围、气流稳定性、气流均匀性和紊流度等流场品质的重要设备。

1 皮托管校准装置的组成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、数据采集处理器测量软件以及低速风洞等组成。

2 校准方法校准工作条件是：标准皮托管和被校皮托管安装在风洞工作段洞壁同-截面上的中心，应牢固、不得漏气；校准时的环境温度 (20±10)oC、湿度45%RH75%RH，无影响校准结果的振动和外磁场等。

校准方法是：采用比较测量方法。校准时，从选择的风速最小校准点开始平稳地提高风洞的运行速度，读取并记录各校准点直到最大风速校准点的测量值。

选择校准点：按被校准皮托管装置风速的实际工作量程，基本上均布选择校准点，-般选择应包括上限值、下限值 (或其附近 10%)在内不少于7个点。

风洞皮托管校准装置与被校准皮托管装置在同-风洞工作段进行比较测量，见图1所示。

风速测量误差的计算：皮托管装置风速 的测量误差按(1)式计算。

收稿 日期 ：2013-04-03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。

图1 皮托管装置的校准原理图厶 -片 (1)式 中 ， 。为各校 准 点风 速 的测 量 误 差 ，m/s，il，2，，n；只为各校准点风速的实测值 ，m/s； 为各校准点风速的给定值，m/s。

皮托管装置通过测量流体压力可计算流体中某-点的流速。

校准结果：在被校准皮托管装置风速的全量程上进行校准，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差的校准结果。

3 不确定度的分析根据风洞皮托管装置的校准规程要求，采用皮托管校准装置对风洞使用的皮托管装置进行风速测量误差的校准。

3.1 数学模型根据 (1)式，对风洞皮托管装置进行风速测量误差的校准，其校准结果为：厶 -E3.2 灵敏度系数c.a A。/aF 1C2：a A，/a Fi-13.3 不确 定度 分量 为E引入的不确定度分量；U2为 引入的不确定度分量。

3.4 合成标准不确定度经分析，以上各项不确定度分量相互独立不相关，根据不确定度的传递率，得到风速测量误差校准结果的合成标准不确109皮托管校准装置校准结果的不确定度分析 黄健，等定度 为：。 (c1 U1) (c2u2) (2)3.5 扩展不确定度风速测量误差校准结果的扩展不确定度 为：U--k· (3)赛含因子k-2。

4 计算示例采用标准皮托管 (0.3%)、压力变送器 (0.04%FS)、数据采集处理器 (0.02%， 2)以及低速风洞 (速压控制0.2%，稳定性0.5%)等校准器具对风洞使用的皮托管装置进行风速测量误差的校准，皮托管装置的工作范围为 (15-120)m/s，按量程均布选择校准7个点，取各校准点风速的测量误差中最大绝对值者为测量误差的校准结果。

校准环境条件 ：工作现场温度 (10-30)℃ 、湿度 45%RH-75%R.H，不存在其它对校准工作和结果的影响。

从皮托管校准装置的组成和工作过程分析，皮托管校准装置对皮托管装置进行风速测量误差的校准测量，不确定度主要来源是 。引入的不确定度分量和矗引入的不确定度分量。

(1) ，引入的不确定度分量该分量的主要贡献量有：皮托管校准装置 (标准皮托管、压力变送器和数据采集处理器)和风洞测量重复性的影响。

标准皮托管测量重复性为0.3%，属于正态分布，取置信概率99.73%，k-3，则：0.3%/30.1%。

压力变送器和数据采集处理器工作稳定，测量重复性 良好，其引入的不确定度很猩不计。

风洞设备的稳定性为0.5%，属于正态分布 ，取置信概率95.45%，k2，则：0.5%/20.25%。

经分析，四项分量独立不相关，合成后 u 为：lJ1 (0.1% 0 0。O.25% ) -0.27%。

(2) 引入的不确定度分量该分量的主要贡献量有皮托管校准装置 (标准皮托管、力变送器和数据采集处理器)和风洞测量误差的影响。

标准皮托管 (系数0.9971.003)最大允许误差0.3%，于矩形分布，k3 ，则：O.3%/3 。 0.173%。

压力变送器最大允许误差 O.04%FS，属于矩形分布，k-3 ，则：0.04%/3 -0.023%。

数据采集处理器的不确定度为0.02%，( 2)，则：0.02%/20.01%。

风洞的速压控制 0.2‰ 属于矩形分布 ，k-3 ，则：0.2%/3 - 0.115%。

经分析，四项分量独立不相关，合成后 /-12为：U2 (O.173%20.023% O.01% 0.115% ) o.21%。

(3)合成标准不确定度的计算经分析，以上各项不确定度分量相互独立不相关 ，根据(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标准不确定度 为：Uc(1×0.27%) (-1x0.21%) 0.35%。

(4)扩展不确定度的计算根据 (3)式，风速测量误差的扩展不确定度 U ( 2)为：Uk· 2x0.35%0.7%。

因此，低速风洞皮托管校准装置风速测量误差的测量不确定度为O.7%( 2)，优于低速风洞皮托管装置校准规程计量特性的技术要求。