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磁翻板液位计液位示值校准结果的不确定度分析
发布时间： 2020-12-01
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一、概述
1. 测量依据
JJF（军工）216-2019《磁翻板液位计原位校准规范》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。
2. 测量条件
温度 10℃ ~35℃，相对湿度≥ 85%。
3. 测量方法
按照 JJF（军工）216-2019 的要求，使用磁翻板液位计原位校准装置对原位磁翻板液位计进行测量，对液位计的液位示值进行校准。
4. 被测对象
测量范围为（0.3~6）m 的原位磁翻板液位计。
二、测量模型
H=h（x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8，x9，x10）
式中：H——液位计校准后的液位高度，mm；
xi——输入量 xi对测量结果的影响量，mm。
三、标准不确定度的主要来源
（1）测距仪对校准结果引入的标准不确定度分量；（2）双轴倾斜补偿器对校准结果引入的标准不确定度分量；
（3）反射板平整度对校准结果引入的标准不确定度分量；（4）提升装置不稳定对校准结果引入的标准不确定度分量；
（5）环境温度对校准结果引入的标准不确定度分量；（6）零点测量对校准结果引入的标准不确定度分量；
（7）现场常数标定对校准结果引入的标准不确定度分量；（8）导杆垂直度对校准结果引入的标准不确定度分量；
（9）数据处理对校准结果引入的标准不确定度分量；（10）浮子测量不符合阿贝原则对校准结果引入的标准不确定度分量。
四、不确定度传播定律和灵敏系数
从测量方法、测量模型和来源上看，各输入量无直接联系，因此以上各输入量不相关，所以灵敏系数 c1=c2=c3=c4=c5=c6=c7=c8=c9=c10=1。
五、标准不确定度的评定
1. 测距仪引入的标准不确定度分量 u1
（1）标准不确定度评定
测距仪经过具有资质的计量技术机构检定或校准，测距仪校准结果的不确定度为 U=0.01mm（k=2），则由此引入的标准不确定度分量 uA为
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 νA=50。
（2）标准不确定度 A 类评定
将液位计浮子固定在 2m 高度，利用测距仪对浮子进行 6 次测量，读数差不超过 0.5mm，利用极差法，则由此引入的标准不确定度分量 uB为
查表得自由度为 νB=4.5。
则测距仪对校准结果引入的标准不确定度分量u1为
2. 双轴倾斜补偿器引入的标准不确定度分量 u2
（1）标准不确定度 B 类评定
双轴倾斜补偿器经过具有资质的计量技术机构检定或校准，其校准结果的不确定度为 U=0.5″（k=2）。通过换算，双轴倾斜补偿器的测角对其测距误差为 ±0.015mm，则由此引入的标准不确定度分量 uC为
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 νA=50。
（2）标准不确定度 A 类评定
将液位计浮子固定在 2m 高度，利用双轴倾斜补偿器对顶部装置进行 6 次测量，读数差不超过0.5″。通过换算，双轴倾斜补偿器的测角对其测距误差为 ±0.03mm，利用极差法，则由此引入的标准不确定度分量 uD为
查表得自由度为 νB=4.5。
则双轴倾斜补偿器对校准结果引入的标准不确定度分量 u2为
3. 反射板平整度引入的标准不确定度分量 u3
反射板用于托起浮子和测距仪的反射靶标，反射板平整度影响校准结果，反射板的平整度zui大允许误差为 ±0.03mm，假设其服从均匀分布，则
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 ν3=50。
4. 提升装置不稳定引入的标准不确定度分量 u4
提升装置主要是将浮子和反射棱镜一起进行提升，提升过程中，由于提升装置的不稳定，可能导致浮子和反射棱镜的相对高度发生改变，因此提升装置的稳定性对测量结果的影响应该给予考虑。依据设计加工的提升装置试验数据分析，提升装置对测量结果的误差为 ±0.02mm，假设其服从均匀分布，则
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 ν4=50。
5. 环境温度引入的标准不确定度分量 u5
磁翻板液位计材质具有热胀冷缩的性质，尤其在液位计使用时，测量液体的温度会导致液位计导杆发生热胀冷缩现象，故在使用时应按照实际使用温度进行修正。温度测量不确定度为 ut＜ 0.2℃，则可得，长度为 6m 时，温度引起的长度测量不确定度分量为
u5=α×ut×l=0.015mm
估计其不可信度为 0.1，则自由度为ν5=50。
6. 零点测量引入的标准不确定度分量 u6
零 点 测 量 采 用 高 准 确 度 的 钢 直尺 测 量， 钢 直 尺 的 zui 大 允 许 误 差 为±0.04mm，相对zui大允许误差为 ±4%，假设其服从均匀分布，则
估计其不可信度为 0.1，则自由度为ν6=50。
7. 现场常数标定引入的标准不确定度分量 u7
现场仪器常数标定采用高准确度的钢直尺，钢直尺的zui大允许误差为 ±0.04mm，假设其服从均匀分布，则此不确定度分量为
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 ν7=50。
8. 导杆垂直度引入的标准不确定度分量 u8
由于测量设备都是与大地水平面保持垂直，而且测量的液面也是与大地水平面平行，又由于导杆垂直度不大于 1°，对其测量结果zui大允许误差为±0.02mm，假设其服从投影分布，则此不确定度分量为
估计其不可信度为 0.1，则自由度为 ν8=50。
9. 数据处理引入的标准不确定度分量 u9
利用计算机对数据进行处理，包括数据末尾的取舍，数据处理算法的严密性等，对测量结果有一定的影响。
经 过 评 估， 其 测 量 结 果 zui 大 允 许 误 差 为±0.05mm，假设其服从均匀分布，则
10.浮子测量不符合阿贝原则引入的标准不确定度分量u10
由于测量基准线以铅垂线为基准，测量轴线是沿导杆方向的，两轴线不在同一直线上，不符合阿贝原则，故引起阿贝误差。由于轴线方向不同，取测量出浮子式液位计浮子与固连装置的接触点到反射板中心的距离L的误差为±1mm，偏置角度误差为±2″，则阿贝误差为±0.01mm，假设其服从投影分布，则此不确定度分量为
估计其不可信度为0.1，则自由度为ν10=50。
综上所述，标准不确定度分量汇总如表1所示。
六、合成标准不确定度
由于各标准不确定度分量相互独立不相关，故合成标准不确定度为
有效自由度为
七、扩展不确定度
在p=95%时，查表得tp（v）=2.44，故取k=2，所以校准结果的扩展不确定度为U=kuc=2×0.21=0.42mm，则磁翻板液位计原位校准结果的扩展不确定度为U=0.5mm（k=2）。
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