質(zhì)量法油耗儀示值誤差不確定度評(píng)定分析

沈文奇

無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試院 江蘇無(wú)錫 214000

油耗儀主要是利用單位時(shí)間內(nèi)的燃油耗量，對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)內(nèi)部實(shí)際油耗進(jìn)行測(cè)定，具體耗油量可使用質(zhì)量或者體積等單位表示。所謂質(zhì)量法耗油儀主要是借助稱(chēng)重傳感器，對(duì)于車(chē)輛在特定時(shí)間段內(nèi)燃油量的消耗進(jìn)行測(cè)定，展開(kāi)耗油儀的校準(zhǔn)，因此對(duì)于油耗儀在的測(cè)量誤差以及不定性度等方面展開(kāi)分析十分必要。

1 油耗儀相關(guān)介紹

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)于油耗儀統(tǒng)一化的檢測(cè)以及校準(zhǔn)方法相對(duì)缺少，因此對(duì)于車(chē)輛耗油情況檢測(cè)精度不佳。為找出影響油耗儀顯示值準(zhǔn)確性因素，需要找出高效的校準(zhǔn)方式。質(zhì)量法油耗儀測(cè)定方式應(yīng)運(yùn)而生，其利用油耗儀測(cè)定出單位時(shí)間內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)輛產(chǎn)生的實(shí)際油耗，通過(guò)燃油質(zhì)量表示出來(lái)，在稱(chēng)重傳感器的使用之下，分析耗油量，并對(duì)于油耗儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.1 工作原理

油耗儀工作原理，使用“常閉式”的二位二通閥，對(duì)于充油過(guò)程進(jìn)行控制。當(dāng)電磁閥被打開(kāi)以后，油箱可直接與發(fā)動(dòng)機(jī)、油杯等相連。當(dāng)油杯的油面到達(dá)上限，此時(shí)電磁閥可以關(guān)閉，并且油箱也能停止供油，更換油杯為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行供油。持續(xù)供油過(guò)程，油杯內(nèi)部液面下降，到達(dá)特定位置以后，油表正式開(kāi)始計(jì)時(shí)，完成測(cè)量過(guò)程。耗油儀的組成系統(tǒng)包括顯示儀表、稱(chēng)重傳感器以及信號(hào)系統(tǒng)，其計(jì)量過(guò)程分辨率可達(dá)0.1g，重復(fù)性低于0.5%，顯示誤差處于±0.5%之間。

1.2 校準(zhǔn)條件

為控制其顯示誤差，需要保證校準(zhǔn)條件，環(huán)境溫度應(yīng)該處于0～40℃間，相對(duì)濕度不高于85%，處于無(wú)電磁干擾、污染的環(huán)境之下進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程利用校準(zhǔn)儀器，測(cè)量范圍在0～2000g之間，所需電源的額定電壓220V，頻率50Hz[1]。

1.3 校準(zhǔn)內(nèi)容

（1）對(duì)于分辨力的校準(zhǔn)。在油耗儀分辨率的校準(zhǔn)方面，可將其電源打開(kāi)，結(jié)合使用說(shuō)明進(jìn)行預(yù)熱。目測(cè)油耗儀示數(shù)穩(wěn)定時(shí)，可選擇重量20.1g的砝碼置于托盤(pán)之上，在重力傳感器的作用之下，觀(guān)察顯示儀表的示數(shù)。

（2）對(duì)于示值誤差的校準(zhǔn)。在示值誤差的分析方面，可選擇不同校準(zhǔn)點(diǎn)，具體可選擇其量程20%，還可選擇量程60%，或者量程100%作為校準(zhǔn)點(diǎn)，并在托盤(pán)的正中間，將砝碼居中設(shè)置，之后將砝碼示數(shù)Mi記錄下來(lái)，同時(shí)記錄儀表顯示值mi。按照上述校準(zhǔn)流程，各個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)需要連續(xù)三次進(jìn)行校準(zhǔn)，要按照誤差計(jì)算公式，算出不同校正次數(shù)的顯示誤差。具體公式如下：

公式當(dāng)中，δi代表油耗儀當(dāng)中不同校準(zhǔn)點(diǎn)i的示值誤差，單位%；mi代表油耗儀第i 個(gè)點(diǎn)共計(jì)3次測(cè)量結(jié)果平均值，單位是g；Mi代表油耗儀第i點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼重量，單位g。

（3）對(duì)于重復(fù)性問(wèn)題的校準(zhǔn)。針對(duì)重復(fù)性問(wèn)題的校準(zhǔn)，可以和示值誤差的校準(zhǔn)方面同時(shí)進(jìn)行，按照規(guī)范，可借助極差系數(shù)法，根據(jù)如下公式，完成不同校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)性的計(jì)算：

公式當(dāng)中，?i代表油耗儀中第i個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)的重復(fù)率，單位%；mimax 代表油耗儀的第i 個(gè)點(diǎn)位置測(cè)量的最高值，單位為g；mimax代表油耗儀中第i 個(gè)點(diǎn)位置測(cè)量的最小值，單位為g；mi代表油耗儀中第i 個(gè)點(diǎn)位置測(cè)量的平均值，單位是g；C代表極差系數(shù)，當(dāng)n=3時(shí)，C可取值為1.69。

2 利用質(zhì)量法對(duì)于油耗儀示值的誤差不確定度的分析流程

2.1 確認(rèn)方法

在被校準(zhǔn)的稱(chēng)重傳感器上方放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼，并記錄其示數(shù)以及油耗儀的示數(shù)，分別為Mi，mi，之后使用比較法，對(duì)于被校準(zhǔn)的油耗儀相同示值指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

2.2 建立模型

建立模型，并將不確定度的傳播公式引入其中，因?yàn)镸i，mi，δi三者之間為互不相關(guān)的量，因此合成的不確定度因素可按照下列公式計(jì)算：

公式當(dāng)中，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度分量u(Mi)引入其中，并將被校準(zhǔn)的油耗儀的不確定分量引入其中。此外，還將靈敏系數(shù)引入，獲得標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式。

2.3 輸入數(shù)據(jù)

待校準(zhǔn)的油耗儀能夠使用連續(xù)測(cè)量的方法，對(duì)其示數(shù)誤差進(jìn)行評(píng)定。選擇質(zhì)量為1000g的砝碼，處于相同精度環(huán)境下，展開(kāi)10次重復(fù)測(cè)量，獲得測(cè)量結(jié)果。并結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)，使用賽爾公式完成標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果s=0.143g。同時(shí)，測(cè)量期間，還需結(jié)合規(guī)范要求，處于同等條件之下，展開(kāi)3次重復(fù)測(cè)量，取平均值，當(dāng)作最終的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出不確定度的分量值為0.083g。由于油耗儀分辨率0.1g，代表其顯示的讀數(shù)誤差為0.1g，且其半寬度0.05g，將標(biāo)準(zhǔn)度的不確定分量引入之后，經(jīng)計(jì)算，值為0.029g。待校準(zhǔn)的油耗儀，選擇其中最大分量0.083g，標(biāo)準(zhǔn)砝碼是按照上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定，使用0-2000g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。其極限誤差在±30mg，分布均勻，可確定包含因子，進(jìn)而計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度分量0.017g[2]。

2.4 不確定度結(jié)果

選取1000g為測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量為1000g，被校準(zhǔn)的油耗儀的示數(shù)為0.083g，輸出量的不確定分量為0.0083%；標(biāo)準(zhǔn)器的示值為0.017g，輸出量的不確定分量為0.0017%。由于不同標(biāo)準(zhǔn)的不確定度分量之間不相關(guān)，因此，δi取值0.0085%，包含因子值k取2，經(jīng)計(jì)算U=δi×k=0.017，取近似值，為0.02%。

2.5 測(cè)量報(bào)告

結(jié)合上述分析流程以及計(jì)算結(jié)果，可以看出被校準(zhǔn)的油耗儀處于1000g的測(cè)量點(diǎn)位置，出現(xiàn)的示值誤差擴(kuò)展不確定度是k=2，U=0.02%。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，利用質(zhì)量法對(duì)于油耗儀的示值展開(kāi)誤差分析，需要結(jié)合其工作原理，明確油耗儀的誤差校準(zhǔn)條件以及校準(zhǔn)內(nèi)容，正確掌握校準(zhǔn)流程，建立模型，將不確定度公式引入其中，規(guī)范測(cè)量流程，才能獲得精準(zhǔn)的測(cè)量不確定度報(bào)告[3]。