標(biāo)準(zhǔn)砝碼法在校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀中的應(yīng)用
標(biāo)準(zhǔn)砝碼法在校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀中的應(yīng)用
為了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，來(lái)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀是否具有可行性，本文通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解讀，確定了標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀測(cè)試結(jié)果的不確定度的來(lái)源，對(duì)該方法的測(cè)試結(jié)果的不確定度分量進(jìn)行分析與計(jì)算，并對(duì)該方法的各不確定分量度進(jìn)行合成，得到的擴(kuò)展不確定度為 0. 28% 。研究結(jié)果表明: 用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的檢測(cè)結(jié)果離散性小，測(cè)試質(zhì)量好，用該方法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀具有可行性。
0.引言
近年來(lái)隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，燃油資源的消耗日益增長(zhǎng)。燃油資源緊缺對(duì)機(jī)動(dòng)車油耗這一參數(shù)提出了更高的要求，機(jī)動(dòng)車油耗儀作為油耗檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)具有相應(yīng)的準(zhǔn)確度，才能有效保障國(guó)家的“節(jié)能、減排、降耗、低碳”等節(jié)能減排政策的穩(wěn)步實(shí)施。長(zhǎng)期以來(lái)，油耗儀在生產(chǎn)和使用過程中缺乏檢測(cè)裝置及規(guī)范統(tǒng)一的檢測(cè)方法進(jìn)行全面有效的檢測(cè)，導(dǎo)致油耗儀失準(zhǔn)，這是現(xiàn)有油耗儀質(zhì)量失控的主要原因，因此研究一種科學(xué)有效、規(guī)范統(tǒng)一的檢測(cè)方法具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。
機(jī)動(dòng)車燃油消耗量的檢測(cè)常通過油耗儀測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)燃油消耗量的容積或質(zhì)量來(lái)表示。標(biāo)準(zhǔn)砝碼法采用標(biāo)定質(zhì)量式油耗儀的稱重傳感器，進(jìn)而測(cè)量通過油耗儀的流體質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車油耗儀進(jìn)行校驗(yàn)或標(biāo)定。
1.測(cè)量原理
先將被校質(zhì)量式油耗儀電源打開預(yù)熱，當(dāng)油耗儀穩(wěn)定時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入被校質(zhì)量式油耗儀稱重傳感器上，記錄標(biāo)準(zhǔn)砝碼示值 ms 和被校質(zhì)量式油耗儀顯示值 mm ，進(jìn)而計(jì)算被校質(zhì)量式油耗儀的示值誤差。標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)油耗儀原理示意圖如圖 1 所示。
2.方法的測(cè)量不確度分析
2.1 數(shù)學(xué)模型
mm －ms
δm = ms ×100%
式中: δm 為被校質(zhì)量式油耗儀示值誤差，% ; mm 為被校質(zhì)量式油耗儀顯示值，g; ms 為標(biāo)準(zhǔn)砝碼值，g。
2. 2 靈敏系數(shù) y = f( x1 ，x2 ，…，xN )
當(dāng)全部輸入量 Xi 是彼此獨(dú)立或不相關(guān)時(shí)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定 uc( y) 由下式得出:
N | [ | f | ] | 2 | |
u2c( y) = ∑ | u2( xi ) | ||||
xi | |||||
i = 1 |
靈敏系數(shù)通過公式: ci = xfi 求偏導(dǎo)得出。
2. 3 輸入量的確定
由數(shù)學(xué)模型可知被校質(zhì)量式油耗儀示值誤差的不確定度來(lái)源主要有:
( 1) 被檢質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;
( 2) 被檢質(zhì)量式油耗儀的分度值引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;
3) 標(biāo)準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)確度等級(jí)引起的不確定度。
2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分類評(píng)定
評(píng)定對(duì)象: 質(zhì)量式油耗儀; 分度值: 0. 01g; 測(cè)量參數(shù):示值誤差; 校準(zhǔn)點(diǎn)值: 200g; 試驗(yàn)用介質(zhì): 0#柴油。
評(píng)定用主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器:
標(biāo)準(zhǔn)砝碼; 準(zhǔn)確度等級(jí): F2 等; 200g 的最大允許誤差的絕對(duì)值為: 1. 6mg。
2. 4. 1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度 A 類評(píng)定
該項(xiàng)來(lái)源于被校質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn):
在相同條件下，對(duì)被校質(zhì)量式油耗儀所選定的校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行 10 重復(fù)測(cè)量( 其值見表 1) ，則測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為 u1 。
表 1
序號(hào) | 校準(zhǔn)值( g) | yi － | ( yi － | ) 2 | |||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
1 | 198. 5 | －0. 96 | 9. 2160E－01 | ||||||||||||||||||
2 | 199. 2 | －0. 26 | 6. 7600E－02 | ||||||||||||||||||
3 | 199. 1 | －0. 36 | 1. 2960E－01 | ||||||||||||||||||
4 | 200. 5 | 1. 04 | 1. 0816E+00 | ||||||||||||||||||
5 | 200. 3 | 0. 84 | 7. 0560E－01 | ||||||||||||||||||
6 | 201. 1 | 1. 64 | 2. 6896E+00 | ||||||||||||||||||
7 | 199. 2 | －0. 26 | 6. 7600E－02 | ||||||||||||||||||
8 | 198. 5 | －0. 96 | 9. 2160E－01 | ||||||||||||||||||
9 | 198. 9 | －0. 56 | 3. 1360E－01 | ||||||||||||||||||
10 | 199. 3 | －0. 16 | 2. 5600E－02 | ||||||||||||||||||
平均值 | 199. 460 | / | / | ||||||||||||||||||
合計(jì) | / | / | 6. 9240 | ||||||||||||||||||
n | |||||||||||||||||||||
∑( yi － | y) 2 | ||||||||||||||||||||
s( y) = | 6. 924 | = 0. 8771( mL) | |||||||||||||||||||
i = 1 | = | ||||||||||||||||||||
n － 1 | 9 | ||||||||||||||||||||
u1 = s( | ) = s( | y) = 0. 8771g = 0. 2774( g) | |||||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
n | 10 | ||||||||||||||||||||
2. 4. 2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的 B 類評(píng)定
2. 4. 2. 1 由被校質(zhì)量式油耗儀的分度值引起的不確定度
分量
被校質(zhì)量式油耗儀的分度值為 0. 01g，取舍的最大誤差為分度值的 1 /2，該誤差遵從均勻分布，取包含因子 k =3 ，則不確定度分量 u2 為:
u2 = 0. 01g = 0. 0029( g) 2× 3
則由被校質(zhì)量式油耗儀引起的不確定度分量為:
m = u21 +u22 = 0. 27742 +0. 00292 = 0. 2774( g)
4. 2. 2 標(biāo)準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)確度等級(jí)引起的不確定度
標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確度等級(jí)為 F2 等，200g 的最大允許誤差的絕對(duì)值為 1. 6mg，取包含因子 k = 2，則不確定度分量
1. 6mg
us 為: us =2×1000 = 0. 0008( g)
2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表
表2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表
序號(hào) | 符號(hào) | 不確定 | 標(biāo)準(zhǔn)不確 | 類型 | 分布 | ui( y) |
度來(lái)源 | 定度 u( xi ) | |||||
1 | u1 | 測(cè)量重復(fù)性 | 0. 2774( g) | A | 正態(tài) | 0. 2774( g) |
2 | u2 | 被校質(zhì)量式油耗 | 0. 0029( g) | B | 均勻 | 0. 0029( g) |
儀的分度值 | ||||||
3 | us | 標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確 | 0. 0008( g) | B | 均勻 | 0. 0008( g) |
度等級(jí) | ||||||
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc( y) | 0. 2774( g) | |||||
2. 6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
經(jīng)分析，各輸入量 xi 互不相關(guān)，則質(zhì)量式油耗儀示值誤差測(cè)量的合成不確定度為:
c( y) = ∑u2i( xi ) c2i( xi )
0. 27742 +0. 00292 +0. 00082 = 0. 2774( g)
2.7 擴(kuò)展不確定度
用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法對(duì)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的相對(duì)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度，取包含因子 k = 2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定
度為 Urel 為: | |||||
Urel | = | 2uc( y) | ×100% = | 2×0. 2774g | ×100% = 0. 28% |
200g | 200g | ||||
2. 8 校準(zhǔn)測(cè)量能力報(bào)告
用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法對(duì)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的示值誤差測(cè)量的擴(kuò)展不確定度為: Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。
3.結(jié)論
通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解讀，得到了該方法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量不確定度為 Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。從獲得的不確定度結(jié)果表明，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的檢測(cè)結(jié)果離散性小，測(cè)試質(zhì)量好，以該方法檢測(cè) 0. 5 級(jí)及以下的質(zhì)量式油耗儀是可行性的。
