皮托管风速测量不确定度的分析与评定

　　在进行气象仪器的检定时,首先要建立检定装置,轻便风速表检定装置的标准器由二等标准皮托静压管和JY-380数字微差压计组成,配套检定设备为EDE14型风洞。整个装置所复现的风速标准量值的不确定度包括由二等标准皮托静压管和JY-380数字微差压计组成的标准器测量结果的不确定度,风洞内气流的不稳定性和不均匀性所引起不确定度。本文将讨论标准器间接测量误差引入的不确定度的分析与评定方法。

　　一、误差传递模型

　　风速测量结果是通过间接测量得到的,皮托管、微差压计及温度、湿度和气压仪表的测量准确度都影响风速测量的不确定度。因此,需建立不确定度传播的数学模型才能对皮托管配合微差压计的风速测量结果的不确定度进行评定。

　　根据GJB1758《军用气象仪器检定方法》,有:

　　式中,v为实际风速,m/s;Δp为二等标准硅压阻式数字微差压计的示值,Pa;ψ为微压计系数;ξ为标准皮托静压管系数;t为气流的温度(℃);p为大气压力(hPa);r为相对湿度(%RH);ew为饱和水汽压(hPa)。

　　式中水汽修正项0.378rew较小,微压计系数ψ的影响可认为已包含在数字微差压计的仪器误差内,则实测风速的表达式可简化为:

　　这一函数形式属于如下函数通式:

　　则Y的合成相对标准不确定度为:

　　因此,风速v的合成相对标准不确定的度为:

　　式中:u(v)为实测风速的合成相对标准不确定度;u(Δp)为数字微差压计的相对标准不确定度;u(ξ)为标准皮托静压管的相对标准不确定度;u(t)为温度测量的相对标准不确定度;u(p)为气压测量的相对标准不确定度。

　　二、各相对标准不确定度的估算

　　(1)据技术指标,JY-380数字微压计允许误差限为±0.1%,设为正态分布,k =2,其相对标准不确定度u(Δp)1=0.05%。

　　微差压计的不稳定性所引入的相对标准不确定度u(Δp)2,为其稳定性相对实验标准偏差。按照GJB2749的要求,标准器的不稳定性至少应有4次检定结果统计得出,即需经过4个检定周期。微差压计是由一级气象计量单位检定的,从标准开始使用以来,只有两个检定周期,因此无法用单台的统计结果得出,而等两年再进行估计也是不现实的。

　　根据实际情况,这里采用了多台平均的方法,即用多台同类标准器2个周期的检定结果统计。对于微差压计而言,已有10多台的检定结果。统计次数为标准器台数乘以检定周期数。

　　先计算每个检定证书上修正值的平均值,再计算每相邻两次检定证书上平均值的差值作为一次观测结果。若每台仪器作了n次检定,则有n-1次观测结果。取m台仪器使观测次数m(n-1)>9,计算所有观测结果的最大与最小值之差R,作为稳定性的最大估计值,设为均匀分布,包含因子为1.7,则稳定性引入的相对标准不确定度分量u(Δp)2=R/1.7×为微差压计读数的平均值。则: