數字與補償式微壓計平行對比實(shí)驗與分析

 1 引言 目前，我省風(fēng)檢定系統的標準器是微差壓計， 微差壓計又分為補償式微壓計和數字式微壓計。 通過(guò)對數字式微壓計與補償微壓計在風(fēng)洞內進(jìn)行 對比實(shí)驗，對其結果進(jìn)行綜合分析和研究，表明數 字微壓計具有更高的準確性和可靠性。

2 實(shí)驗用標準及設備 實(shí)驗用標準及設備包括HDF一500型回路低 速風(fēng)洞、二等補償式微壓計、數字微壓計、二等皮 托靜壓管、空盒氣壓表、溫度計、濕度計等。

3實(shí)驗項目和方法
3．1實(shí)驗項目 包括儀器零點(diǎn)變化和測量結果的不確定度分 析兩項。
3,2實(shí)驗方法 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)試驗風(fēng)速點(diǎn)調整好后須穩定1分鐘后才能讀 取試驗數據。 為確保試驗數據的可靠性，用三通和膠管將 皮托管、數字微壓計、補償微壓計連接，讓補償和 數字微壓計同時(shí)感應皮托管輸出的實(shí)測風(fēng)壓值 (如圖1)。 試驗時(shí)，自動(dòng)采集數字微壓計的實(shí)測風(fēng)壓值， 以每分鐘30次數據的平均值作為風(fēng)速點(diǎn)的動(dòng)壓 值，讀取補償微壓計的讀數的最大和最小值，以最 大和最小值的平均值作為該風(fēng)速點(diǎn)的實(shí)測風(fēng)壓 值。

4試驗結果的不確定度分析
4．1 A類(lèi)標準不確定度評定 在試驗中我們共對8個(gè)流速點(diǎn)進(jìn)行了9組試 驗。下面取5、20、30三個(gè)流速點(diǎn)進(jìn)行不確定度的 A類(lèi)評定。 合并樣本的標準偏差為： UA= U。A= ： 0．474％ = 0．509％ 說(shuō)明，m為檢定點(diǎn)數，用計算出的各檢定點(diǎn)的 算術(shù)平均值的標準偏差除以該點(diǎn)的風(fēng)速值x 100％，轉化為相對標準偏差為0．474％和0509％。
4．2 B類(lèi)不確定度的評定 B類(lèi)不確定度的評定主要來(lái)源于標準皮托靜 壓管、數字微差壓計、風(fēng)洞流場(chǎng)的不穩定性(不均 勻性)、流場(chǎng)紊流度、計算機數據處理時(shí)的修約誤 差等。 圖1試驗測 【，J 意圖
4．2．1由標準皮托管校準系數引入的不確定分量 根據國家氣象計量站風(fēng)洞實(shí)驗室的試驗結 果，該項誤差不超過(guò)0．5％，按均勻分布，取置信因 子k=1．732，其相對標準不確定度為： 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 皮托管的總壓孔應正對氣流來(lái)向，但在實(shí)際 測量過(guò)程中，存在安裝和操作的隨機性，安裝時(shí)不 可能與氣流來(lái)向絕對一致，總壓孔偏離氣流的來(lái) 向，致使皮托管輸出的實(shí)測風(fēng)壓產(chǎn)生誤差。由國家 流量測量標準ISO3966可知，當氣流與皮托管總 壓孔的偏斜角度在3。時(shí)(最大估計)，所引起的皮 托管的實(shí)測風(fēng)壓相對標準不確定度為： UB2：0-3％
4．2．3風(fēng)洞試驗段流場(chǎng)不均勻性引起的不確定度 分量 根據HDF一500型低速風(fēng)洞實(shí)驗段氣流不均 勻性的檢定結果，其流速不均勻性標準相對偏差 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標準不確 定度為： UB3=1．0％／3=0．334％
4．2．4風(fēng)洞試驗段流場(chǎng)的紊流度引入的不確定度 分量 根據HDF一500型低速風(fēng)洞的技術(shù)指標，其試 驗段氣流紊流強度在0．5％以?xún)�，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 度引入的相對標準不確定度為： UB4=0．5％ ／1．732=0．289％
4．2．5計算機數據處理時(shí)的修約誤差引入的不確 定分量 檢定過(guò)程中，計算機自動(dòng)采集數字微壓計輸 出的實(shí)測風(fēng)壓值，并保留一位小數，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， 則有數字修約誤差所引入的相對標準不確定度分 量為： UB5：0．05％／1．732=0．029％
4．2．6數字微差壓計i貝0量誤差引入的不確定度分 量 從技術(shù)資料中可知數字微壓計的最大允許誤 差為0．8Pa，隨著(zhù)風(fēng)速的增加，差壓值增大，其影響 的量值越小。相反，隨著(zhù)風(fēng)速的降低，差壓值越小， 相對誤差值變大。為保汪在一定的測量范圍內，測 量結果有一個(gè)可以接受的準確度，分別取5m／s、 20m／s、30m／s不同風(fēng)點(diǎn)計算。低速段選擇5m／s作 為測量范圍的下限風(fēng)速，5n~ts的相當風(fēng)速，其相 應的實(shí)測風(fēng)壓為15．3Pa，在該風(fēng)速點(diǎn)，實(shí)測風(fēng)壓 值的最大相對誤差為0．8／l5．3=5．2％，服從正態(tài)分 布規律，取置信因子，其相對標準不確定度為 5．2％／3=1．73％ ；同理20m／s時(shí)，相對標準不確定度 為0．1l％；當流速為30m／s時(shí)，相對標準不確定度 為0．05％；為確保安全提高分析數據的可信度，微 壓計引入的不確定度分量選最大值： UB6：5．2％ ／3=1．73％ 本站使用二等補償式微壓計，其最大允許誤 差為0．8Pa，利用上述求數字微壓計不確定度最大 值的方法，得到補償式微壓計引入的不確定度為： U B6=1．83％ 根據B類(lèi)不確定度分量，求B類(lèi)合成相對標 準不確定度為： 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合成相對標準不確定度 Uc=、／u：+u：合：Vo．474。+1．879‘=1．938％ ut ：～T ／~uT!A十U 2 t 2 ： ：1． 994％ 4．2．8 求擴展不確定度 因合成相對標準不確定度一般服從正態(tài)分 布，取置信因子擴展不確定度為： U=kUc=2×1．938％=3．876％ ’ U’=kU’c=2× 1．994％=3．988％

5結論 在試驗中，數字微壓計零位變化最大值為+0． IPa，其不確定度優(yōu)于補償式微壓計。 綜合分析表明，數字微壓計的技術(shù)指標符合 二等微壓計的使用要求(二等微壓計檢定規程規 定：示值的最大允許誤差為±0．8Pa，零位變化最 大為土0．3Pa)�？梢宰鳛槎�等微壓計代替目前普 遍使用的補償式微壓計。