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磁翻板液位計液位示值校準結果的不確定度分析

 一、概述

1. 測量依據
     JJF(軍工)216-2019《磁翻板液位計原位校準規范》、JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。
2. 測量條件
     溫度 10℃ ~35℃,相對濕度≥ 85%。
3. 測量方法
     按照 JJF(軍工)216-2019 的要求,使用磁翻板液位計原位校準裝置對原位磁翻板液位計進行測量,對液位計的液位示值進行校準。
4. 被測對象
     測量范圍為(0.3~6)m 的原位磁翻板液位計。 
 
二、測量模型
H=h(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10)
式中:H——液位計校準后的液位高度,mm;
xi——輸入量 xi對測量結果的影響量,mm。
 
三、標準不確定度的主要來源
(1)測距儀對校準結果引入的標準不確定度分量;(2)雙軸傾斜補償器對校準結果引入的標準不確定度分量;
(3)反射板平整度對校準結果引入的標準不確定度分量;(4)提升裝置不穩定對校準結果引入的標準不確定度分量;
(5)環境溫度對校準結果引入的標準不確定度分量;(6)零點測量對校準結果引入的標準不確定度分量;
(7)現場常數標定對校準結果引入的標準不確定度分量;(8)導桿垂直度對校準結果引入的標準不確定度分量;
(9)數據處理對校準結果引入的標準不確定度分量;(10)浮子測量不符合阿貝原則對校準結果引入的標準不確定度分量。
 
四、不確定度傳播定律和靈敏系數
不確定度傳播定律和靈敏系數
從測量方法、測量模型和來源上看,各輸入量無直接聯系,因此以上各輸入量不相關,所以靈敏系數 c1=c2=c3=c4=c5=c6=c7=c8=c9=c10=1。
 
五、標準不確定度的評定
1. 測距儀引入的標準不確定度分量 u1
(1)標準不確定度評定
測距儀經過具有資質的計量技術機構檢定或校準,測距儀校準結果的不確定度為 U=0.01mm(k=2),則由此引入的標準不確定度分量 uA為
標準不確定度分量 uA
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 νA=50。
 
(2)標準不確定度 A 類評定
將液位計浮子固定在 2m 高度,利用測距儀對浮子進行 6 次測量,讀數差不超過 0.5mm,利用極差法,則由此引入的標準不確定度分量 uB為
標準不確定度分量 uB
查表得自由度為 νB=4.5。
 
則測距儀對校準結果引入的標準不確定度分量u1為
測距儀對校準結果引入的標準不確定度分量 u1
 
2. 雙軸傾斜補償器引入的標準不確定度分量 u2
(1)標準不確定度 B 類評定
雙軸傾斜補償器經過具有資質的計量技術機構檢定或校準,其校準結果的不確定度為 U=0.5″(k=2)。通過換算,雙軸傾斜補償器的測角對其測距誤差為 ±0.015mm,則由此引入的標準不確定度分量 uC為
由此引入的標準不確定度 分量 uC
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 νA=50。
(2)標準不確定度 A 類評定
將液位計浮子固定在 2m 高度,利用雙軸傾斜補償器對頂部裝置進行 6 次測量,讀數差不超過0.5″。通過換算,雙軸傾斜補償器的測角對其測距誤差為 ±0.03mm,利用極差法,則由此引入的標準不確定度分量 uD為
由此引入的標準 不確定度分量 uD
查表得自由度為 νB=4.5。
 
則雙軸傾斜補償器對校準結果引入的標準不確定度分量 u2為
雙軸傾斜補償器對校準結果引入的標準不確 定度分量 u2
 
3. 反射板平整度引入的標準不確定度分量 u3
反射板用于托起浮子和測距儀的反射靶標,反射板平整度影響校準結果,反射板的平整度zui大允許誤差為 ±0.03mm,假設其服從均勻分布,則
反射板平整度引入的標準不確定度分量 u3計算公式
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 ν3=50。
 
4. 提升裝置不穩定引入的標準不確定度分量 u4
提升裝置主要是將浮子和反射棱鏡一起進行提升,提升過程中,由于提升裝置的不穩定,可能導致浮子和反射棱鏡的相對高度發生改變,因此提升裝置的穩定性對測量結果的影響應該給予考慮。依據設計加工的提升裝置試驗數據分析,提升裝置對測量結果的誤差為 ±0.02mm,假設其服從均勻分布,則
提升裝置不穩定引入的標準不確定度分量 u4計算公式
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 ν4=50。
 
5. 環境溫度引入的標準不確定度分量 u5
磁翻板液位計材質具有熱脹冷縮的性質,尤其在液位計使用時,測量液體的溫度會導致液位計導桿發生熱脹冷縮現象,故在使用時應按照實際使用溫度進行修正。溫度測量不確定度為 ut< 0.2℃,則可得,長度為 6m 時,溫度引起的長度測量不確定度分量為
u5=α×ut×l=0.015mm
估計其不可信度為 0.1,則自由度為ν5=50。
 
6. 零點測量引入的標準不確定度分量 u6
零 點 測 量 采 用 高 準 確 度 的 鋼 直尺 測 量, 鋼 直 尺 的 zui 大 允 許 誤 差 為±0.04mm,相對zui大允許誤差為 ±4%,假設其服從均勻分布,則
零點測量引入的標準不確定度分量u6計算公式
估計其不可信度為 0.1,則自由度為ν6=50。
 
7. 現場常數標定引入的標準不確定度分量 u7
現場儀器常數標定采用高準確度的鋼直尺,鋼直尺的zui大允許誤差為 ±0.04mm,假設其服從均勻分布,則此不確定度分量為
現場常數標定引入的標準不確定度分量 u7
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 ν7=50。
 
8. 導桿垂直度引入的標準不確定度分量 u8
由于測量設備都是與大地水平面保持垂直,而且測量的液面也是與大地水平面平行,又由于導桿垂直度不大于 1°,對其測量結果zui大允許誤差為±0.02mm,假設其服從投影分布,則此不確定度分量為
導桿垂直度引入的標準不確定度分量 u8
估計其不可信度為 0.1,則自由度為 ν8=50。
 
9. 數據處理引入的標準不確定度分量 u9
利用計算機對數據進行處理,包括數據末尾的取舍,數據處理算法的嚴密性等,對測量結果有一定的影響。
數據處理引入的標準不確定度分量 u9
經 過 評 估, 其 測 量 結 果 zui 大 允 許 誤 差 為±0.05mm,假設其服從均勻分布,則
浮子液位計校準時不確定度分量匯總表
 
10.浮子測量不符合阿貝原則引入的標準不確定度分量u10
      由于測量基準線以鉛垂線為基準,測量軸線是沿導桿方向的,兩軸線不在同一直線上,不符合阿貝原則,故引起阿貝誤差。由于軸線方向不同,取測量出浮子式液位計浮子與固連裝置的接觸點到反射板中心的距離L的誤差為±1mm,偏置角度誤差為±2″,則阿貝誤差為±0.01mm,假設其服從投影分布,則此不確定度分量為
浮子測量不符合阿貝原則引入的標準不確 定度分量 u1 0
估計其不可信度為0.1,則自由度為ν10=50。
 
綜上所述,標準不確定度分量匯總如表1所示。
 
六、合成標準不確定度
由于各標準不確定度分量相互獨立不相關,故合成標準不確定度為
標準不確定度
有效自由度為
有效自由度
 
七、擴展不確定度
      在p=95%時,查表得tp(v)=2.44,故取k=2,所以校準結果的擴展不確定度為U=kuc=2×0.21=0.42mm,則磁翻板液位計原位校準結果的擴展不確定度為U=0.5mm(k=2)。
 
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