張瑞芳，張滌新，趙　瀾，董　猛，管保國(guó)，馬亞芳

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，蘭州730000）

比較法正壓漏孔校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定

張瑞芳，張滌新，趙瀾，董猛，管保國(guó)，馬亞芳

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，蘭州730000）

采用比較法校準(zhǔn)正壓漏孔具有操作簡(jiǎn)便、校準(zhǔn)效率高的特點(diǎn)。為評(píng)定比較法校準(zhǔn)正壓漏孔校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度，在比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了比較法正壓漏孔校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型，分析不確定度各影響分量及其靈敏度系數(shù)，計(jì)算出比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度。

比較法；正壓漏孔；不確定度評(píng)定

0　引言

在國(guó)防和國(guó)民生產(chǎn)各領(lǐng)域，尤其是在型號(hào)和武器裝備的研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)和使用的過(guò)程中，正壓檢漏技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。正壓漏孔作為正壓檢漏的漏率標(biāo)準(zhǔn)，其校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度也越來(lái)越受到人們的重視。

目前，國(guó)內(nèi)外均開展了正壓漏孔校準(zhǔn)技術(shù)研究工作，對(duì)正壓漏孔的校準(zhǔn)采用的方法有定容法、恒壓法、定量氣體比較法，在盡可能延伸正壓漏孔的校準(zhǔn)下限的同時(shí)，根據(jù)采用的校準(zhǔn)方法準(zhǔn)確地評(píng)估相應(yīng)不確定度是提高正壓漏孔校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的必要途徑。近幾年，蘭州空間技術(shù)物理研究所真空計(jì)量一級(jí)站建立了比較法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置，首次提出采用比較法進(jìn)行正壓漏孔的校準(zhǔn)，利用四極質(zhì)譜計(jì)的線性關(guān)系，通過(guò)動(dòng)態(tài)流量法系統(tǒng)進(jìn)行分子流取樣，比較被校正壓漏孔和參考標(biāo)準(zhǔn)之間的離子流信號(hào)，從而獲得被校正壓漏孔的漏率。采用已知漏率的正壓漏孔作為參考標(biāo)準(zhǔn)更接近于正壓漏孔的實(shí)際使用情況，簡(jiǎn)化了校準(zhǔn)過(guò)程，提高了校準(zhǔn)效率，對(duì)于延伸正壓漏孔的測(cè)量下限有著更大的潛力。因此，準(zhǔn)確地評(píng)估采用比較法校準(zhǔn)正壓漏孔測(cè)量結(jié)果的不確定度是采用比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的必要工作，具有重要的意義。

采用比較法對(duì)正壓漏孔進(jìn)行了大量的漏率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，按照J(rèn)JF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求，建立了比較法正壓漏孔校準(zhǔn)測(cè)量不確定度評(píng)定數(shù)學(xué)模型，分析各不確定度影響分量及其靈敏度系數(shù)，計(jì)算出比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度。

1　比較法正壓漏孔校準(zhǔn)原理及裝置

比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的原理是：采用一支已知漏率的正壓漏孔作為參考標(biāo)準(zhǔn)，分別將待校正壓漏孔累積的示漏氣體和參考正壓漏孔累積的示漏氣體引入質(zhì)譜分析室，用四極質(zhì)譜計(jì)獲取示漏氣體離子流信號(hào)，比較兩次讀數(shù)即可校準(zhǔn)待校正壓漏孔漏率。

比較法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置原理圖如圖1所示，該裝置由供氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、比較法校準(zhǔn)系統(tǒng)等部分組成。

圖1　比較法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置原理圖

2　測(cè)量不確定度的評(píng)定

2.1數(shù)學(xué)模型

比較法正壓漏孔校準(zhǔn)漏率的數(shù)學(xué)模型如式（1）。

式中：Qi為第i（i=1，2，…，n）次漏率的測(cè)量值，Pa·m3/s；Qr為參考正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏率，Pa·m3/s；Δt為待校正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔示漏氣體流入累積室中的累積時(shí)間，s；Δtr為參考正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔示漏氣體流入累積室中的累積時(shí)間，s；I為待校正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在質(zhì)譜分析室中產(chǎn)生的示漏氣體離子流讀數(shù)，A；Ir為參考正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在質(zhì)譜分析室中產(chǎn)生的示漏氣體離子流讀數(shù)，A；I0為質(zhì)譜分析室中示漏氣體本底離子流，A。

2.2A類方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差按式（2）計(jì)算。

式中：Qi為第i（i=1，2，…，n）次漏率的測(cè)量值，Pa·m3/s；Qˉ為被校正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的算術(shù)平均值，Pa·m3/s；SA（Q）為正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，Pa·m3/s。

按照A類評(píng)定方法得到的相對(duì)不確定度u1按式（3）計(jì)算。

2.3B類方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

式中的靈敏度系數(shù)分別按式（5）～（7）計(jì)算：

由于各分量獨(dú)立不相關(guān)，可得正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔（比較法）校準(zhǔn)裝置相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2按式（8）計(jì)算。

2.4校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度

式中：uc，r為校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；一般取k=2，其置信水平約為0.95，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

式中：Ur為校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度；k為包含因子，一般取k=2。

3　測(cè)量不確定度的評(píng)定示例

采用比較法校準(zhǔn)一支10-6Pa·m3/s量級(jí)的正壓漏孔，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如表1所列。

由表1可知，采用比較法進(jìn)行正壓漏孔校準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果采用A類評(píng)定方法得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定為0.71%。比較法校準(zhǔn)正壓漏孔的測(cè)量結(jié)果的各影響分量及合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定如表2所列。

表1　比較法校準(zhǔn)10-6Pa·m3/s量級(jí)正壓漏孔數(shù)據(jù)

表2　測(cè)量不確定度評(píng)定示例

由表2可知，參考正壓漏孔引入的不確定度分量為10%，測(cè)量時(shí)間引入的不確定度分量為1%，質(zhì)譜計(jì)測(cè)量離子流引入的不確定度分量為2.4%，由式（8）計(jì)算得到B類評(píng)定的測(cè)量不確定度評(píng)定為10.4%。由式（9）計(jì)算得到正壓漏孔校準(zhǔn)的相對(duì)合成不確定度為11%，取k=2，置信水平約為95%，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為22%。

4　小結(jié)

通過(guò)采用比較法校準(zhǔn)一支10-6Pa·m3/s量級(jí)的正壓漏孔，對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，發(fā)現(xiàn)參考正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔引入的不確定度分量是比較法校準(zhǔn)正壓漏孔不確定度評(píng)定的主要來(lái)源，因此采用不確定度小的正壓漏孔作為參考漏孔是提高比較法校準(zhǔn)正壓漏孔準(zhǔn)確度最直接有效的方法與途徑。

［1］馮焱，張滌新，成永軍，等.正壓漏孔校準(zhǔn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.真空，2009，46（4）：72-75.

［2］曹慎誠(chéng)，劉志東，馮毅明.氦質(zhì)譜正壓檢漏法［J］.真空與低溫，2000，6（1）：58-60.

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［5］陳旭，張啟亮，劉親旻，等.正壓漏孔漏率校準(zhǔn)裝置的研制［C］//第十屆全國(guó)質(zhì)譜分析和檢漏會(huì)議，2003：28-33.

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UNCERTAINTY EVALUATION OF CALIBRATION SPECIFICATION FOR PRESSURE REFERENCE LEAK

ZHANG Rui-fang，ZHANG Di-xin，ZHAO Lan，DONG Meng，GUAN Bao-guo，MAYa-fang
（Lanzhou Institution of Physics，Lanzhou730000，China）

Pressure reference leak calibration with compare method is simple and efficiency.To evaluate uncertainty of calibration specification for pressure reference leak with compare method，we establish math model，analyze the influence and the sensitivity of uncertainty，evaluate the uncertainty caused by the calibration apparatus and repeat measure，comparatively extendable uncertainty of calibration specification for pressure reference leak could be gained.At last，through experimentation，this paper gives a demonstration of calibration specification for pressure reference leak.

compare method；pressure leak；uncertainty evaluation

TB771

A

1006-7086（2015）06-0348-03

10.3969/j.issn.1006-7086.2015.06.009

2015-10-26

張瑞芳（1984-），女，甘肅蘭州市人，碩士研究生，主要從事真空計(jì)量學(xué)研究工作。Email：15719329165@163.com。