標(biāo)準(zhǔn)砝碼法在校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀中的應(yīng)用

為了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，來(lái)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀是否具有可行性，本文通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解讀，確定了標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀測(cè)試結(jié)果的不確定度的來(lái)源，對(duì)該方法的測(cè)試結(jié)果的不確定度分量進(jìn)行分析與計(jì)算，并對(duì)該方法的各不確定分量度進(jìn)行合成，得到的擴(kuò)展不確定度為 0. 28% 。研究結(jié)果表明: 用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的檢測(cè)結(jié)果離散性小，測(cè)試質(zhì)量好，用該方法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀具有可行性。

0.引言

近年來(lái)隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，燃油資源的消耗日益增長(zhǎng)。燃油資源緊缺對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)油耗這一參數(shù)提出了更高的要求，機(jī)動(dòng)車(chē)油耗儀作為油耗檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)具有相應(yīng)的準(zhǔn)確度，才能有效保障國(guó)家的“節(jié)能、減排、降耗、低碳”等節(jié)能減排政策的穩(wěn)步實(shí)施。長(zhǎng)期以來(lái)，油耗儀在生產(chǎn)和使用過(guò)程中缺乏檢測(cè)裝置及規(guī)范統(tǒng)一的檢測(cè)方法進(jìn)行全面有效的檢測(cè)，導(dǎo)致油耗儀失準(zhǔn)，這是現(xiàn)有油耗儀質(zhì)量失控的主要原因，因此研究一種科學(xué)有效、規(guī)范統(tǒng)一的檢測(cè)方法具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

機(jī)動(dòng)車(chē)燃油消耗量的檢測(cè)常通過(guò)油耗儀測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)燃油消耗量的容積或質(zhì)量來(lái)表示。標(biāo)準(zhǔn)砝碼法采用標(biāo)定質(zhì)量式油耗儀的稱(chēng)重傳感器，進(jìn)而測(cè)量通過(guò)油耗儀的流體質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)油耗儀進(jìn)行校驗(yàn)或標(biāo)定。

1.測(cè)量原理

先將被校質(zhì)量式油耗儀電源打開(kāi)預(yù)熱，當(dāng)油耗儀穩(wěn)定時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入被校質(zhì)量式油耗儀稱(chēng)重傳感器上，記錄標(biāo)準(zhǔn)砝碼示值 ms 和被校質(zhì)量式油耗儀顯示值 mm ，進(jìn)而計(jì)算被校質(zhì)量式油耗儀的示值誤差。標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)油耗儀原理示意圖如圖 1 所示。

2.方法的測(cè)量不確度分析

2.1  數(shù)學(xué)模型

mm －ms

δm = ms ×100%

式中: δm 為被校質(zhì)量式油耗儀示值誤差，% ; mm 為被校質(zhì)量式油耗儀顯示值，g; ms 為標(biāo)準(zhǔn)砝碼值，g。

2. 2 靈敏系數(shù) y = f( x1 ，x2 ，…，xN )

當(dāng)全部輸入量 Xi 是彼此獨(dú)立或不相關(guān)時(shí)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定 uc( y) 由下式得出:

靈敏系數(shù)通過(guò)公式: ci = xfi 求偏導(dǎo)得出。

2. 3 輸入量的確定

由數(shù)學(xué)模型可知被校質(zhì)量式油耗儀示值誤差的不確定度來(lái)源主要有:

( 1) 被檢質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;

( 2) 被檢質(zhì)量式油耗儀的分度值引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;

3) 標(biāo)準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)確度等級(jí)引起的不確定度。

2.4  標(biāo)準(zhǔn)不確定度分類(lèi)評(píng)定

評(píng)定對(duì)象: 質(zhì)量式油耗儀; 分度值: 0. 01g; 測(cè)量參數(shù):示值誤差; 校準(zhǔn)點(diǎn)值: 200g; 試驗(yàn)用介質(zhì): 0#柴油。

評(píng)定用主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器:

標(biāo)準(zhǔn)砝碼; 準(zhǔn)確度等級(jí): F2 等; 200g 的最大允許誤差的絕對(duì)值為: 1. 6mg。

2. 4. 1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度 A 類(lèi)評(píng)定

該項(xiàng)來(lái)源于被校質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn):

在相同條件下，對(duì)被校質(zhì)量式油耗儀所選定的校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行 10 重復(fù)測(cè)量( 其值見(jiàn)表 1) ，則測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為 u1 。

表 1

2. 4. 2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的 B 類(lèi)評(píng)定

2. 4. 2. 1 由被校質(zhì)量式油耗儀的分度值引起的不確定度

分量

被校質(zhì)量式油耗儀的分度值為 0. 01g，取舍的最大誤差為分度值的 1 /2，該誤差遵從均勻分布，取包含因子 k =3 ，則不確定度分量 u2  為:

u2 = 0. 01g = 0. 0029( g) 2× 3

則由被校質(zhì)量式油耗儀引起的不確定度分量為:

m =  u21 +u22  =  0. 27742 +0. 00292  = 0. 2774( g)

4. 2. 2  標(biāo)準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)確度等級(jí)引起的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確度等級(jí)為 F2 等，200g 的最大允許誤差的絕對(duì)值為 1. 6mg，取包含因子 k = 2，則不確定度分量

1. 6mg

us 為: us =2×1000 = 0. 0008( g)

2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

表2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

2. 6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

經(jīng)分析，各輸入量 xi 互不相關(guān)，則質(zhì)量式油耗儀示值誤差測(cè)量的合成不確定度為:

c( y) =   ∑u2i( xi ) c2i( xi )

0. 27742 +0. 00292 +0. 00082  = 0. 2774( g)

2.7  擴(kuò)展不確定度

用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法對(duì)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的相對(duì)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度，取包含因子 k = 2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定

2. 8 校準(zhǔn)測(cè)量能力報(bào)告

用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法對(duì)質(zhì)量式油耗儀進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的示值誤差測(cè)量的擴(kuò)展不確定度為: Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。

3.結(jié)論

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解讀，得到了該方法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的測(cè)量不確定度為 Urel = 0. 28% ，( k = 2) 。從獲得的不確定度結(jié)果表明，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼法校準(zhǔn)質(zhì)量式油耗儀的檢測(cè)結(jié)果離散性小，測(cè)試質(zhì)量好，以該方法檢測(cè) 0. 5 級(jí)及以下的質(zhì)量式油耗儀是可行性的。