风速检定装置不确定度的评定

　　0　引言

　　根据计量标准考核规范JJF 1069-2007[3]的要求,一项计量标准无论是新建标还是重新考核都需要评定其测量不确定度,而测量不确定度的评定不仅是考核中非常重要也是难度较大的一项内容。本文描述了风速表检定装置不确定度评定的一般程序,并指出了评定过程中应注意的问题。

　　1　检定装置

　　风速表检定装置的标准器由二等标准皮托静压管、数字压力计、直路低速风洞等组成。整个检定装置所复现的风速标准量值的不确定度分量应包括二等标准皮托静压管和数字压力计所组成的标准器的测量结果的不确定度、风洞工作段流场的不均匀性和不稳定性所引起的不确定度等。

　　2　风速检定装置的不确定度评定

　　2.1　A类标准不确定度的评定

　　在符合JJG 431-86《DEM6型轻便三杯风向风速表检定规程》检定条件的情况下,稳定后读取标准装置的风速显示值。在重复性条件下,分别取5 m/s,10 m/s,15 m/s三个风速测试点,连续读取10组数,如表1所示。

　　式中:s为某一个风速测试点的A类标准不确定度(j=1,2,3);Vi为同一个风速点各次测得的风速值(m/s);-V为同一个风速点各次测得的风速值的平均值(m/s);n为同一个风速点的测量次数。

　　根据式(1)得到3组数值,并用计算结果除以该点的风速值转换为相对标准差,分别为:

　　S1=0·003 3,S2=0.000 8,S3=0.001 3。

　　合并样本标准差为:

　　2.2　B类标准不确定度的分析和评定

　　(1)间接测量所引入的不确定度mB1。

　　根据JJG 431-86《DEM6型轻便三杯风向风速表检定规程》中提供的实测风速计算公式建立数学模型如下:

　　式中:V为实测风速(m/s);Pv为数字压力计测出的动压值(Pa);Ψ为压力计系数;ξ为二等标准皮托静压管系数;t为气流温度(℃);P为大气压力(hPa);r流场内相对湿度(%RH);ew为饱和水汽压(hPa)。

　　式中的水汽修正项0.378rew较小,可忽略不计。压力计系数Ψ的影响可以认为已包含在压力计仪器误差内,则实测风速的表达式可简化为:

　　按照JJF 1059-1999中公式18,分别有以下合成方差与灵敏系数。

　　合成方差用下式表达:

　　灵敏系数可用下式计算:

　　根据数字压力计的操作手册[4]得知,其不确定度为满量程的0.01%,则其相对不确定度为u(Pv)=0.01%/2=0.005%。

　　皮托静压管的不确定度主要表现在上级计量单位给出的皮托静压管的系数上,根据皮托静压管的检定规程[5]要求,允许误差限为±0.1%,为正态分布,取k=2,则其相对不确定度为u(ξ)=0.05%。