矿用瓦斯抽放多参数传感器示值误差测量结果的不确定度评定.pdf

42BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第5期矿用瓦斯抽放多参数传感器示值误差测量结果的不确定度评定万金笔，陆道枢（遵义市产品质量检验检测院，贵州遵义56 3 0 0 0）【摘要】矿用瓦斯抽放多参数传感器适用于煤矿有瓦斯及煤尘爆炸危险的场所，实现管道参数监测（包括差压、温度、瓦斯浓度等）。本文通过具体示例，详尽介绍矿用瓦斯抽放多参数传感器差压、温度、瓦斯浓度的示值误差不确定度评定。【关键词】矿用瓦斯抽放多参数传感器；差压；温度；瓦斯浓度；不确定度评定【D O I 编码】10.3 96 9/j.issn.1674-4977.2023.05.013Evaluation of Uncertainty in Measurement Resultsof Indication Error of Multi Parameter Sensors for Mine Gas DrainageWANJinbi,LUKuishu(Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute,Zunyi 563000,China)Abstract:The multi parameter sensor for mining gas drainage is suitable for places with gas and coal dust explosion hazards in coal mines,achieving pipeline parameter monitoring(including differential pressure,temperature,gas concentration,etc.).This article provides adetailed introduction to the uncertainty evaluation of differential pressure,temperature,and gas concentration indication errors of multiparameter sensors for mining gas drainage through specific examples.Key words:multi-parameter sensor for mine gas drainage;differential pressure;temperature;gas concentration;uncertainty evaluation1差压示值误差测量结果不确定度1.1测量模型1.1.1模型公式Ax=xi-Xo式中，Ax为传感器各测量点示值误差，kPa；x i 为传感器各测量点的显示值，kPa;xo为标准器示值，kPa。1.1.2传播律和灵敏系数各分量间彼此独立，传播律公式为：u?=u(.)=c iu(x i)+c u(x o)灵敏系数为：C1=x/x i=1;C 2=0 x/0 x o=-11.1.3不确定度主要来源传感器校准结果的不确定度来源：重复性引入的标准不确定度，分辨力引人的标准不确定度，数字压力计引人的标准不确定度。1.2各标准不确定度分量的评定1.2.1由数字压力计引入的标准不确定度ui0.05级的数字压力计，测量范围0 10 kPa，用B类评定，半区间宽度a=0.05%10kPa，假设为均匀分布k=V3，则：aui0.0029kPak1.2.2被校仪器的分辨力引人的标准不确定度u仪器的分辨力为0.0 0 1kPa，用B类评定，假设为均匀分布k=V3,则：u2=0.00029kPa1.2.3测量重复性引人的标准不确定度u3选一台0 6 kPa的矿用瓦斯抽放多参数传感器，在5kPa测量点重复测量10 次，测量结果数据为（单位：kPa）：5.0 0 1、5.002、5.0 0 2、5.0 0 0、5.0 0 3、5.0 0 1、5.0 0 5、5.0 0 2、5.0 0 5、5.0 0 5。在实际测量过程中，每个测量点测量1次，则：u3=0.0018 kPa43u(xo1)=0.003分度值为0.1分辨力为0.0 1，则：u(x)=0.03C1=1;c3=a/0 x 标=1x=x-(x o+x 标）X03X04)=0.013u(x04)=0.020 u（X02=0.005/V2=0.003万金笔等：矿用瓦斯抽放多参数传感器示值误差测量结果的不确定度评定|计量检定重复性和分辨力引入的不确定度，取贡献大的值，舍去贡献小的值。1.3标准不确定度汇总各分量的标准不确定度汇总见表1。表1标准不确定度汇总测量不确定不确定度来源不确定度Ic:|u(xl)点度分量Ciu3重复性或仪器分辨力0.0018kPa10.0018 kPa5kPa数字压力计0.0029kPa-10.0029kPa1.4合成标准不确定度输入量ui、u 3 彼此独立不相关，则合成标准不确定度为：22u.=ciu?=0.0034kPai=1.5扩展不确定度取包含因子k=2，则传感器的差压和压力参数校准结果的扩展不确定度为：U=k uc=0.007kPa2温度示值误差测量结果不确定度2.1数学模型2.1.1模型公式式中，x为示值误差，；为3 次示值平均值，C；x 为标准温度计示值，C；x 标为标准温度计示值修正值，。2.1.2灵敏系数2.1.3不确定度的来源各输人量的不确定度来源为：标准温度计分辨力带来的不确定度；标准水银温度计读数不垂直带来的不确定度；由恒温槽不均匀性、波动性带来的不确定度；标准温度计示值修正值带来的不确定度；被检器具重复测量带来的不确定度；被检器具的分辨力带来的不确定度。2.2不确定度的评定2.2.1输人量o引人的不确定度u（x o)2.2.1.1标准温度计分辨力带来的不确定度u（x o l）2.2.1.2标准温度计读数不垂直带来的不确定度u（x o 2）区间半宽度为0.0 0 5，正弦分布取k=V2，则：2.2.1.3恒温槽不均匀性带来的不确定度u（x o 3)恒温槽温场的最大偏差为0.0 4，则区间宽度为0.04C,k=V 3,则:u(x03)=0.0122.2.1.4恒温槽温度波动引人的标准不确定度u（x 0 4)恒温槽温场的稳定性要求不超过0.0 4/10 min，区间宽度为0.0 8,取k=V3，则：由于u（x o 1)）u（0 o 2)、u（x 0 3)u（x 0 4)互不相关，所以输人量xo的标准不确定度为：2.2.2输人量x标的标准不确定度u（x 标）由修正值引入的标准不确定度u（x 标），由证书可知U=0.04,取包含因子k=2,则：u(x标)=0.0 40/2 =0.0 2 0 2.2.3输人量x的不确定度u（x）1)被检器具重复性测量带来的不确定度u（x i),在重复性条件下进行10 次测量，其标准差为s=0.013，在测量过程中一般测量3 次，则：u(x)=0.00752)被检仪器读数分辨力引入的标准不确定度u（x 2）,被检仪器的分辨力为0.1,则不确定度区间半宽为0.0 5,均勺分布，则：u(x2)=0.05/V3=0.03分辨率与重复性引人的不确定度，两者取值大的，则输人量引人的标准不确定度为：2.3不确定度汇总不确定度分量见表2。表2不确定度分量一览表aikiu(x)Ciu:(y)输人量xo带来的110.013 不确定度1.1X010.01V30.0031.2X020.005V20.00344（编辑：李加鹏）CIdx/dxo-ucuxox=x-X oU=0.10u2(xi)=0.029%BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第5期表2不确定度分量一览表（续）aikiu(x)Ciui(y)1.3X030.02V30.0121.4X040.04V30.02输入量x标带来20.0420.02010.020的不确定度3-10.033.1x10.01310.00753.2X20.01V30.032.4合成不确定度评定由于各分量不相关，则合成标准不确定度为：u?(+C2u(xo)+C3u(x标)=0.052.5扩展不确定度取包含因子k=2,则测量结果的扩展不确定度为：3瓦斯浓度示值误差测量结果不确定度3.1测量模型3.1.1模型建立3.1.2传播律公式以及灵敏系数由于各分量不相关，传播律公式为：灵敏系数为：3.1.3不确定度分量来源重复测量带来的不确定度、分辨率带来的不确定度、标准物质测量带来的不确定度等。3.2标准不确定度分量的评定3.2.1输人量x带来的标准不确定度u（x i）3.2.1.1由传感器进行重复性测量引人的不确定度u（a在重复性条件测量10 次，其实验标准差s=0.06%。在实际测量中，连续测量3 次，以平均值作为测量结果，则其平均值的标准不确定度为：Sui(xi)=0.035%V33.2.1.2数显分辨率引人的标准不确定度u2(xi）由于分辨率为0.1%，则：重复性引人的标准不确定度分量和分辨力引人的标准不确定度取其较大者作为不确定度分量，则：u(xi)=0.035%3.2.2输入量x带来的标准不确定度u（x o）由标准物质证书可知其扩展不确定度U,=2.0%，k=2。采用B类方法进行评定，则标准气体引入的不确定度为：Uu(xo）X 35.3%=0.36%3.3标准不确定度的汇总表标准不确定度的汇总表见表3。表3标准不确定度分量汇总表不确定度分量序号评定方法符号：值CiIcil.ui来源1重复性引人A类u(x)0.035%10.035%2标准气体引人B类u(xo)0.36%-10.36%3.4合成标准不确定度评定由于各分量不相关，则合成标准不确定度为：u=Vciu(xi)+c2u(xo)=0.37%3.5扩展不确定度取包含因子k-2,则测量结果的相对扩展不确定度：U=k uc=0.80%4结束语本文给出的只是一种计算方法以及过程，具体数值仅供参考。对于不同测量对象，不同测量标准以及不同的重复性测量结果都会对测量不确定度产生影响。品【参考文献】1测量不确定度评定与表示：JJF1059.12012S.2煤矿用非色散红外甲烷传感器：JJG11382017S.3】矿用瓦斯抽放多参数传感器校准规范：JF（黔）512 0 2 1S【作者简介】万金笔，男，198 7 年出生，高级工程师，学士，研究方向为矿山安全计量以及温度、湿度、流量等计量。通讯作者：陆道枢，男，198 1年出生，高级工程师，硕士，研究方向为矿山安全计量以及温度、压力。邮箱：8 43 416 412 。