真空計現(xiàn)場校準不確定度分析

　　給出真空計現(xiàn)場校準的完整不確定度描述，列出了校準過程中詳細的影響因素，幫助解決真空計現(xiàn)場校準過程中不確定度的計算問題，并通過實際案例分析，將最終測量結(jié)果控制在合理而有效的范圍之內(nèi)。

　　真空計是用來測量絕壓狀態(tài)下大氣壓力的儀器，廣泛運用于軍工、電子、醫(yī)療食品、電力、冶金、化工等各種領域。隨著科技的發(fā)展，行業(yè)中對真空計的要求也在不斷地提升，精度已普遍達到10^-2Pa 左右。由于真空系統(tǒng)是包含真空規(guī)管、真空泵(羅茨泵、機械泵、分子泵等) 、各種連接管道以及真空擋板閥門在內(nèi)的一套完整的測試系統(tǒng)，體積龐大，且在現(xiàn)場安裝位置固定，無法實現(xiàn)對真空系統(tǒng)的實驗室校準，現(xiàn)代化的集成生產(chǎn)逐漸要求對真空系統(tǒng)進行現(xiàn)場校準。對真空系統(tǒng)的現(xiàn)場校準也是今后真空校準的發(fā)展趨勢。

　　真空計現(xiàn)場校準過程中很重要的方面就是校準不確定度問題。由于現(xiàn)場條件多變，環(huán)境參數(shù)不穩(wěn)定，因此相對于實驗室校準，現(xiàn)場校準的不確定因素更多，情況更加復雜，需要考慮更多的不確定度影響因素，以取得合理的校準結(jié)果。

1、真空計現(xiàn)場校準模型分析

　　下面對于10^-3 ～10⁵Pa 的真空計現(xiàn)場校準的不確定度作出分析。

　　對于現(xiàn)場校準的真空計，其修正值的計算公式如下：

K = p_std - p_sys - p_uuc (1)

　　式中：K 為真空計示值修正值，Pa；p_std為標準壓力值，Pa； p_sys為系統(tǒng)補償值，Pa；p_uuc為被測真空計示值，Pa。

　　根據(jù)公式(1) 可知，影響真空計現(xiàn)場校準的不確定度因素主要包括標準器、被測真空計以及校準系統(tǒng)三個方面，其中每個影響量又包含若干個影響因素。下面分別就標準器、被測真空計以及校準系統(tǒng)引入的不確定度作單獨分析。

1.1、標準器引入的不確定度

　　標準壓力值pstd由以下公式給出：

p_std= p_ref - p_z + δ_p1 + δ_p2 + δ_p3 + δ_p4 + δ_p5　(2)

　　式中：p_ref為參考標準的示值，Pa；p_z為參考標準的零點偏差，Pa；δ_p1為校準證書給出的修正值，Pa；δ_p2為示值漂移誤差( 多數(shù)情況下此值為0) ，Pa；δ_p3為長期穩(wěn)定性誤差，Pa；δ_p4為溫度波動引起的誤差，Pa；δ_p5為其他影響量引起的誤差，Pa。所以，由標準器引入的標準不確定度為：

1.2、被測真空計引入的不確定度

　　被測真空計值由下式給出：

p_uuc = p_ind - p₀ + δ_p6 + δ_p7　(4)

　　式中： p_uuc為被測真空計值，Pa；p_ind為被測真空計顯示值，Pa；p₀為被測真空計零點偏差，Pa；δ_p6為被測真空計漂移誤差，Pa；δ_p7為被測真空計其他影響量誤差，Pa。

　　所以，被測真空計引入的標準不確定度為：

1.3、校準系統(tǒng)引入的標準不確定度

　　校準系統(tǒng)引起的影響量為：

p_sys = δ_p8 + δ_p9 + δ_p10　(6)

　　式中：p_sys為校準系統(tǒng)補償值，Pa；δ_p8為由連接件的溫差引起的影響量，Pa；δ_p9為泄漏引起的影響量，Pa； δ_p10為讀數(shù)穩(wěn)定性引起的影響量，Pa。

　　所以，校準系統(tǒng)引起的標準不確定度為：

1.4、合成標準不確定度

　　由以上可知合成標準不確定度為：

1.5、擴展不確定度

　　取包含因子k = 2，擴展不確定度為：

U = kuc(k = 2)

2、實例分析

　　下面以一只測量范圍為1～100Pa 的熱傳導真計現(xiàn)場校準為例，計算其在10Pa 點的不確定度。其中，標準器示值為10. 213Pa， 系統(tǒng)補償值為0.001Pa，被測真空計示值為10.247Pa ( 表1 ～ 3 中均為參考值，應用時以實際示值為準) 。

表1 標準器引入不確定度計算匯總表

表2 被測真空計引入不確定度表

表3 標準系統(tǒng)引入的不確定度表

　　由表1 ～3 計算得u_std =1.09 × 10^-2Pa，u _uuc = 8.20 ×10^-3Pa，u_sys = 1.30 × 10^-2 Pa，其合成標準不確定度為：

3、結(jié)束語

　　通過以上分析可知，在真空計的現(xiàn)場校準過程中，由于條件復雜多變，要充分考慮各種不確定因素對校準結(jié)果帶來的影響，但往往由于影響因素過多我們無法全面估計，因此應當根據(jù)現(xiàn)場的實際情況做出恰當?shù)脑u估和適當?shù)暮Y選，可以忽略那些影響量過小或無法估計而又不至于對最終結(jié)果產(chǎn)生很大偏差的影響量，才能保證最終得到的校準結(jié)果在合理而有效的范圍之內(nèi)。