手持式皮托管風速儀校準規(guī)范不確定度評定報告1概述1.1評定依據(jù)JJFXXX-202X手持式皮托管風速儀校準規(guī)范JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示1.2測量方法本方法適用于皮托靜壓管（以下簡稱皮托管）和微差壓計作為風速標準器對手持式皮托管風速儀（以下簡稱風速儀）校準的測量結(jié)果不確定度分析（以分辨率為0.1m/s的風速儀的測量結(jié)果為例），以10m/s、20m/s、30m/s風速校準點為例，對風速儀進行校準，并依據(jù)JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示，對其示值誤差的不確定度進行評定。所用標準器及配套設備技術指標如表1所示。被校風速儀選用法國凱茂（KIMO）儀器公司生產(chǎn)的MP120型風速儀。表1標準器及配套設備分類名稱測量范圍技術指標標準器皮托管（2~40）m/sK=1.003Urel=0.1%（k=2）微差壓計（0~1000）PaMPE：±0.5Pa配套設備風洞（1~70）m/s穩(wěn)定性0.5%；均勻性1%溫度計（0~80）℃U=0.2℃（k=2）濕度計（5~95）%RHU=2%RH（k=2）氣壓計（500~1100）hPaU=0.06hPa（k=2）2校準數(shù)據(jù)實驗環(huán)境：溫度為20℃，氣壓為1010hPa，濕度為55%RH，校準有關數(shù)據(jù)參見表2表2校準數(shù)據(jù)校準點/（m/s）微差壓計示值/（Pa）標準風速值/（m/s）風速儀示值/（m/s）示值誤差/（m/s）123平均值123平均值1060.460.560.660.510.109.910.010.110.0-0.1020241.8242.0242.0241.920.1920.020.119.920.0-0.1930544.2544.4544.3544.330.2830.130.029.930.0-0.283測量模型及不確定度來源3.1測量模型測量模型如公式1所示。（1）式中：——示值誤差，m/s；——標準值，m/s；——被測值，m/s；將標準風速的計算公式代入公式1，同時考慮到風洞穩(wěn)定性和均勻性對測量結(jié)果的影響，則：（2）公式2即為被校風速儀測量結(jié)果不確定度評定的測量模型。式中：——被校風速儀在某一點的示值誤差，m/s；——被校風速儀在該點的示值，m/s；——微差壓計讀數(shù)，Pa；K——皮托管校準系數(shù)；T——試驗段內(nèi)溫度，K；H——試驗段內(nèi)空氣相對濕度，用小數(shù)表示；P0——試驗段內(nèi)氣壓，Pa；ew——T溫度下的飽和水汽壓，Pa；——風洞穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響，m/s；——風洞均勻性對測量結(jié)果的影響，m/s。3.2不確定度來源根據(jù)測量模型，可以確定不確定度來源包括：風速儀測量測量引入的標準不確定度；皮托管校準系數(shù)引入的標準不確定度；微差壓計測量引入的標準不確定度；溫度計引入的標準不確定度；濕度計引入的標準不確定度；氣壓計引入的標準不確定度；風洞穩(wěn)定性引入的標準不確定度；風洞均勻性引入的標準不確定度；4標準不確定度評定4.1風速儀測量引入的標準不確定度（1）測量重復性引入的標準不確定度根據(jù)每個風速點進行的3次重復風速測量值（參見表2），用極差法求出實驗標準差（n=3時，C=1.69），風速儀測量值為3次測量結(jié)果的平均值，因此測量重復性引入的標準不確定度如表3所示。表3風速儀測量重復性引入的標準不確定度校準點/（m/s）102030極差/（m/s）0.20.20.2實驗標準差/（m/s）0.1180.1180.118標準不確定度/（m/s）0.0680.0680.068（2）風速儀分辨力引入的標準不確定度風速儀分辨力為0.1m/s，屬均勻分布，其引入的標準不確定度：由于測量重復性引入的標準不確定度大于分辨力引入的標準不確定度，此時重復性中已經(jīng)包含了分辨力對校準結(jié)果的影響，故不再考慮分辨力引入的標準不確定度。因此，風速儀測量引入的標準不確定度：4.2微差壓計測量引入的標準不確定度（1）微差壓計測量誤差引入的標準不確定度微差壓計的MPE為±0.5Pa，屬均勻分布，其引入的標準不確定度：（2）微差壓計測量重復性引入的標準不確定度根據(jù)每個風速點進行的3次重復微差壓計測量值（參見表2），與風速儀測量重復性引入的不確定度計算方法類似，用極差法求出測量重復性引入的標準不確定度如表4所示。表4微差壓計測量重復性引入的標準不確定度校準點/（m/s）102030極差/（Pa）0.20.20.2實驗標準差/（Pa）0.1180.1180.118標準不確定度/（Pa）0.0680.0680.068（3）微差壓計分辨力引入的標準不確定度微差壓計分辨力為0.1Pa，屬均勻分布，其引入的標準不確定度：由于測量重復性引入的標準不確定度大于分辨力引入的標準不確定度，此時重復性中已經(jīng)包含了分辨力對校準結(jié)果的影響，故不再考慮分辨力引入的標準不確定度。因此，微差壓計測量引入的標準不確定度：4.3皮托管校準系數(shù)引入的標準不確定度皮托管校準系數(shù)K=1.003，其相對擴展不確定度Urel=0.1%（k=2），其引入的標準不確定度：4.4溫度計引入的標準不確定度溫度計測量值對應的擴展不確定U=0.2℃（k=2），以開氏溫度表示時，U=0.2K（k=2），其引入的標準不確定度：4.5濕度計引入的標準不確定度濕度計測量值對應的擴展不確定U=2%RH（k=2），用小數(shù)表示時，U=0.02（k=2），其引入的標準不確定度：4.6氣壓計引入的標準不確定度氣壓計測量值對應的擴展不確定U=0.06hPa（k=2），其引入的標準不確定度：4.7風洞穩(wěn)定性引入的標準不確定度風洞穩(wěn)定性為0.5%，屬反正弦分布，其引入的標準不確定度：因此，10m/s、20m/s、30m/s校準點對應的分別為：0.04m/s、0.07m/s、0.11m/s。4.8風洞均勻性引入的標準不確定度風洞均勻性為1.0%，屬均勻分布，其引入的標準不確定度：因此，10m/s、20m/s、30m/s校準點對應的分別為：0.06m/s、0.12m/s、0.18m/s。5合成標準不確定度5.1各標準不確定度各標準不確定度如表5所示。表5各標準不確定度信息序號符號標準不確定度來源靈敏度系數(shù)符號1風速儀測量重復性引入的標準不確定度2微差壓計引入的標準不確定度3皮托管校準系數(shù)引入的標準不確定度4溫度計引入的標準不確定度5濕度計引入的標準不確定度6氣壓計引入的標準不確定度7風洞穩(wěn)定性引入的標準不確定度8風洞均勻性引入的標準不確定度5.2靈敏度系數(shù)將測量模型中輸出量對各輸入量求偏導得對應的靈敏度系數(shù)：；；；； ；；。各靈敏度系數(shù)值計算結(jié)果如表6所示。表6各靈敏度系數(shù)計算結(jié)果校準點/（m/s）102030111/（）-0.08343-0.04172-0.02782/（）-10.06503-20.1259-30.18956（）-0.01722-0.03443-0.05165/（）-0.04440-0.08879-0.13318（）0.000050.000100.00015111111由于各不確定度分量之間彼此不相關，因此合成標準不確定度的計算公式如3所示。（3）計算結(jié)果如表7所示。表7合成標準不確定度校準點/（m/s）102030（m/s）0.09920.15240.21496擴展不確定度U取k=2，則擴展不確定度，校準結(jié)果（含示值誤差及擴展不確定度）如表8。表8校準結(jié)果校準點/（m/s）102030示值誤差/（m/s）-0.10-0.19-0.3U（k=2）/（m/s）0.190.30.47