标准砝码法在校准质量式油耗仪中的应用
标准砝码法在校准质量式油耗仪中的应用
为了对标准砝码法校准质量式油耗仪进行定量评价，来验证标准砝码法校准质量式油耗仪是否具有可行性，本文通过对标准砝码法校准质量式油耗仪的测量原理及数学模型进行解读，确定了标准砝码法校准质量式油耗仪测试结果的不确定度的来源，对该方法的测试结果的不确定度分量进行分析与计算，并对该方法的各不确定分量度进行合成，得到的扩展不确定度为 0. 28% 。研究结果表明: 用标准砝码法校准质量式油耗仪的检测结果离散性小，测试质量好，用该方法校准质量式油耗仪具有可行性。
0.引言
近年来随着我国机动车产业的不断发展，燃油资源的消耗日益增长。燃油资源紧缺对机动车油耗这一参数提出了更高的要求，机动车油耗仪作为油耗检测设备也应具有相应的准确度，才能有效保障国家的“节能、减排、降耗、低碳”等节能减排政策的稳步实施。长期以来，油耗仪在生产和使用过程中缺乏检测装置及规范统一的检测方法进行全面有效的检测，导致油耗仪失准，这是现有油耗仪质量失控的主要原因，因此研究一种科学有效、规范统一的检测方法具有重要的理论及现实意义。
机动车燃油消耗量的检测常通过油耗仪测定单位时间内燃油消耗量的容积或质量来表示。标准砝码法采用标定质量式油耗仪的称重传感器，进而测量通过油耗仪的流体质量来实现对机动车油耗仪进行校验或标定。
1.测量原理
先将被校质量式油耗仪电源打开预热，当油耗仪稳定时，将标准砝码放入被校质量式油耗仪称重传感器上，记录标准砝码示值 ms 和被校质量式油耗仪显示值 mm ，进而计算被校质量式油耗仪的示值误差。标准砝码法校准油耗仪原理示意图如图 1 所示。
2.方法的测量不确度分析
2.1 数学模型
mm －ms
δm = ms ×100%
式中: δm 为被校质量式油耗仪示值误差，% ; mm 为被校质量式油耗仪显示值，g; ms 为标准砝码值，g。
2. 2 灵敏系数 y = f( x1 ，x2 ，…，xN )
当全部输入量 Xi 是彼此独立或不相关时，合成标准不确定 uc( y) 由下式得出:
N | [ | f | ] | 2 | |
u2c( y) = ∑ | u2( xi ) | ||||
xi | |||||
i = 1 |
灵敏系数通过公式: ci = xfi 求偏导得出。
2. 3 输入量的确定
由数学模型可知被校质量式油耗仪示值误差的不确定度来源主要有:
( 1) 被检质量式油耗仪的测量重复性引起的标准不确定度;
( 2) 被检质量式油耗仪的分度值引起的标准不确定度;
3) 标准砝码准确度等级引起的不确定度。
2.4 标准不确定度分类评定
评定对象: 质量式油耗仪; 分度值: 0. 01g; 测量参数:示值误差; 校准点值: 200g; 试验用介质: 0#柴油。
评定用主要计量标准器:
标准砝码; 准确度等级: F2 等; 200g 的最大允许误差的绝对值为: 1. 6mg。
2. 4. 1 标准不确定度 A 类评定
该项来源于被校质量式油耗仪的测量重复性试验:
在相同条件下，对被校质量式油耗仪所选定的校准点进行 10 重复测量( 其值见表 1) ，则测量重复性引入的不确定度分量为 u1 。
表 1
序号 | 校准值( g) | yi － | ( yi － | ) 2 | |||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
1 | 198. 5 | －0. 96 | 9. 2160E－01 | ||||||||||||||||||
2 | 199. 2 | －0. 26 | 6. 7600E－02 | ||||||||||||||||||
3 | 199. 1 | －0. 36 | 1. 2960E－01 | ||||||||||||||||||
4 | 200. 5 | 1. 04 | 1. 0816E+00 | ||||||||||||||||||
5 | 200. 3 | 0. 84 | 7. 0560E－01 | ||||||||||||||||||
6 | 201. 1 | 1. 64 | 2. 6896E+00 | ||||||||||||||||||
7 | 199. 2 | －0. 26 | 6. 7600E－02 | ||||||||||||||||||
8 | 198. 5 | －0. 96 | 9. 2160E－01 | ||||||||||||||||||
9 | 198. 9 | －0. 56 | 3. 1360E－01 | ||||||||||||||||||
10 | 199. 3 | －0. 16 | 2. 5600E－02 | ||||||||||||||||||
平均值 | 199. 460 | / | / | ||||||||||||||||||
合计 | / | / | 6. 9240 | ||||||||||||||||||
n | |||||||||||||||||||||
∑( yi － | y) 2 | ||||||||||||||||||||
s( y) = | 6. 924 | = 0. 8771( mL) | |||||||||||||||||||
i = 1 | = | ||||||||||||||||||||
n － 1 | 9 | ||||||||||||||||||||
u1 = s( | ) = s( | y) = 0. 8771g = 0. 2774( g) | |||||||||||||||||||
y | |||||||||||||||||||||
n | 10 | ||||||||||||||||||||
2. 4. 2 标准不确定度的 B 类评定
2. 4. 2. 1 由被校质量式油耗仪的分度值引起的不确定度
分量
被校质量式油耗仪的分度值为 0. 01g，取舍的最大误差为分度值的 1 /2，该误差遵从均匀分布，取包含因子 k =3 ，则不确定度分量 u2 为:
u2 = 0. 01g = 0. 0029( g) 2× 3
则由被校质量式油耗仪引起的不确定度分量为:
m = u21 +u22 = 0. 27742 +0. 00292 = 0. 2774( g)
4. 2. 2 标准砝码准确度等级引起的不确定度
标准砝码的准确度等级为 F2 等，200g 的最大允许误差的绝对值为 1. 6mg，取包含因子 k = 2，则不确定度分量
1. 6mg
us 为: us =2×1000 = 0. 0008( g)
2.5 标准不确定度汇总表
表2标准不确定度分量一览表
序号 | 符号 | 不确定 | 标准不确 | 类型 | 分布 | ui( y) |
度来源 | 定度 u( xi ) | |||||
1 | u1 | 测量重复性 | 0. 2774( g) | A | 正态 | 0. 2774( g) |
2 | u2 | 被校质量式油耗 | 0. 0029( g) | B | 均匀 | 0. 0029( g) |
仪的分度值 | ||||||
3 | us | 标准砝码的准确 | 0. 0008( g) | B | 均匀 | 0. 0008( g) |
度等级 | ||||||
合成标准不确定度 uc( y) | 0. 2774( g) | |||||
2. 6 合成标准不确定度
经分析，各输入量 xi 互不相关，则质量式油耗仪示值误差测量的合成不确定度为:
c( y) = ∑u2i( xi ) c2i( xi )
0. 27742 +0. 00292 +0. 00082 = 0. 2774( g)
2.7 扩展不确定度
用标准砝码法对质量式油耗仪进行校准测量的相对扩展标准不确定度，取包含因子 k = 2，则相对扩展不确定
度为 Urel 为: | |||||
Urel | = | 2uc( y) | ×100% = | 2×0. 2774g | ×100% = 0. 28% |
200g | 200g | ||||
2. 8 校准测量能力报告
用标准砝码法对质量式油耗仪进行校准测量的示值误差测量的扩展不确定度为: Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。
3.结论
通过对标准砝码法校准质量式油耗仪的测量原理及数学模型进行解读，得到了该方法校准质量式油耗仪的测量不确定度为 Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。从获得的不确定度结果表明，用标准砝码法校准质量式油耗仪的检测结果离散性小，测试质量好，以该方法检测 0. 5 级及以下的质量式油耗仪是可行性的。
