CN102928171A - 航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法。该方法包括以下步骤：确定不确定度的来源；系统效应引入的不确定度分量的确定；测量重复性引入的不确定度分量确定、合成标准不确定度的确定和扩展不确定度的确定。该方法首先分别评定系统效应导致的不确定度和测量重复性导致的不确定度，再利用不确定度的基本理论，得到测试结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。本发明对于航天器的总漏率测试结果的可靠性评价有了直接依据。

Description

航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法

技术领域

本发明属于检漏技术领域，具体来说，涉及一种确定航天器总漏率测试结果的不确定度方法，可以用于对航天器总漏率测试结果不确定度进行评定。

背景技术

目前，我国航天器的总漏率测试采用氦质谱非真空累积检漏法，其检漏测试结果只有测试值，而没有扩展不确定度。这从测试结果来讲是不完善的，也就无法评估最终测试结果的可靠性。因此，有必要对航天器总漏率测试结果进行不确定度的确定，以提高测试结果的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器总漏率测试结果不确定度确定方法，以便可以在给出航天器总漏率测试结果的同时，能够给出其扩展不确定度，达到提高测试结果可靠性的目的。

本发明所提供的具体方案如下：

本发明的航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法，包括以下步骤：

1)确定系统效应引入的不确定度分量：系统效应引入的不确定度分量

其中，u₁为检漏仪的线性能力所引入的不确定度分量，u₂为样气的压力所引入的不确定度分量，u₃为样气的体积所引入的不确定度分量，u₄为测试时间所引入的不确定度分量，u₁的取值依赖于检漏仪，通常u₁小于8.0％，u₂的取值依赖于测量样气装置中样气压力的压力计，由计量证书给出，优选小于1.0％，u₃的取值依赖于样气装置的体积，由计量证书给出，通常u₃小于1.0％，u₄的取值依赖于记录测试时间钟表，由计量证书给出，通常u₄小于1.0％。

2)确定测量重复性引入的不确定度分量：通过贝赛尔公式或极差法获得测量重复性所引入的不确定度分量u_A；

3)合成标准不确定度的确定：合成标准不确定度

4)扩展不确定度的确定：扩展不确定度U＝ku_c，k为包含因子，k＝2，3。

当k＝2时，置信水平为95％；当k＝3时，置信水平为99％。

其中，u_A值通过选取平时同量级试验时多次测量得到的数值来获得。

本发明技术方案的特点包括：

1.若航天器总漏率测试系统的硬件条件不变，则系统效应引入的不确定度是不变的，即u_B值是固定的。

2.若航天器的总漏率测试仅仅测试一次，则测量重复性引入的不确定度u_A值将无法计算，此时可以选取平时同量级试验时多次测量所得到的u_A值来替代。

附图说明

图1是航天器总漏率测试时的示意图；

其中，1-检漏仪，2-样气装置，3-风机，4-航天器，5-收集室，6-控制操作台，7-氦气瓶。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

如图1所示，本发明的测试过程为：通过控制操作台6将氦气瓶7中的氦气充入航天器4中，将航天器4放置在收集室5中，搅拌风机3，使得收集室5中的空气混合均匀，此时用检漏仪1测试收集室5中的氦气浓度，得到I₁值；将航天器4放置在收集室5中Δt时间段后，再次测得检漏仪1的输出为I₂值；用样气装置2将标准气体量w＝pV，放入收集室5中，同样用检漏仪测得I₃，则航天器的总漏率Q为

$Q=\frac{\mathrm{pV}(I_2-I_1)}{\mathrm{\Δt}(I_3-I_2)}$

式中，p为样气装置2中的样气压力，V为样气装置2的体积。

如，I₁＝1.0×10^-8Pa·m³s^-1，I₂＝2.0×10^-8Pa·m³s^-1，I3＝3.0×10^-8Pa·m³s^-1，Δt＝24hp＝0.5MPa，V＝2.0ml，则该航天器的总漏率Q为

$Q=\frac{0.5\×{10}^6\×2.0\×{10}^{-6}\×(2.0\×{10}^{-8}-1.0\×{10}^{-8})}{24\×3600\×(3.0\×{10}^{-8}-2.0\×{10}^{-8})}=1.2\×{10}^{-4}(\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1})$

在获得上述总漏率测试结果的基础上，分别通过对航天器总漏率测试系统的系统效应引入的不确定度分量以及测量重复性引入的不确定度分量的定量，再结合不确定度的基本理论，得到航天器总漏率测试结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。

本发明的航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法，具体实施步骤如下：

1)不确定度的来源确定：

a.检漏仪的线性能力所引入的不确定度分量u₁

采用B类评定的方法(这是不确定度的专业术语，专业人士都能明白的)(是否是已知的方法，如果是请提出具体出处)，根据检漏仪的相关类型查找相关资料得到u₁，u₁的取值通常小于8.0％。

b.样气的压力所引入的不确定度分量u₂

采用B类评定的方法，根据样气装置2所用的压力计的校准证书可得u₂，通常u₂小于1.0％；

c.样气的体积所引入的不确定度分量u₃

采用B类评定的方法，根据样气装置2体积的校准证书可得u₃，通常u₃小于1.0％；

d.测试时间所引入的不确定度分量u₄

采用B类评定的方法，根据所用钟表的校准证书可得u₄，通常u₄小于1.0％；

2)系统效应引入的不确定度分量确定：

系统效应引入的不确定度分量

$u_B=\sqrt{{u_1}^2+{u_2}^2+{u_3}^2+{u_4}^2};$

如，查阅相关的资料(就是前面所说的a，b，c，d，已经写清楚了)，在这只是想举个例子(什么资料，可有文献号等？需要交代清楚)，分别得到

u₁＝5.0％，u₂＝1.0％，u₃＝1.0％，u₄＝1.0％时，则系统效应引入的不确定度分量

$u_B=\sqrt{{u_1}^2+{u_2}^2+{u_3}^2+{u_4}^2}=\sqrt{5.0{\%}^2+{1.0\%}^1+{1.0\%}^2+{1.0\%}^2}=5.3\%$

3)测量重复性引入的不确定度分量确定：

根据公知的贝赛尔公式或极差法进行测量重复性引入的不确定度分量确定。

若多次测量所得的Q值分别为Q₁，Q₂，L，Q_n，其中，n为测量次数。

a.若测量次数n≥6，则取算术平均值为最佳估计值，即

$\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i$

标准偏差s(Q)为

$s\left(Q\right)=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(Q_i-\stackrel{\‾}{Q})}^2}$ (即贝赛尔公式)

b.若测量次数n＜6，推荐使用极差法计算标准偏差s(Q)，计算表达式为

             s(Q)＝(Q_max-Q_min)/d_n

式中，d_n的具体数值见表1。

表1 极差法的系数d_n表

标准不确定度为

$u_{A,j}=\frac{s\left(Q\right)}{\sqrt{n}}$

相对标准不确定度为

$u_A=\frac{u_{A,j}}{\stackrel{\‾}{Q}}\×100\%$

如对某航天器的总漏率测量了4次，其数值分别是Q₁＝1.1×10^-4Pa·m³s^-1，Q₂＝1.4×10^-4Pa·m³s^-1，Q₃＝1.0×10^-4Pa·m³s^-1，Q₄＝1.3×10^-4Pa·m³s^-1，，由于测量次数n＜6，因此采用极差法计算测量重复性引入的不确定度分量。由于n＝4，查表1得d_n＝2.06，因此，s(Q)＝(Q_max-Q_min)/d_n＝(1.4×10^-4-1.0×10^-4)/2.06＝1.9×10^-5(Pa·m³s^-1)

$\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i=(1.1\×{10}^{-4}+1.4\×{10}^{-4}+1.0\×{10}^{-4}+1.3\×{10}^{-4})/4$

$=1.2\×{10}^{-4}(\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1})$

$u_{A,j}=\frac{s\left(Q\right)}{\sqrt{n}}=\frac{1.9\×{10}^{-5}}{\sqrt{4}}=9.5\×{10}^{-6}(\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1})$

$u_A=\frac{u_{A,j}}{\stackrel{\‾}{Q}}\×100\%=\frac{9.5\×{10}^{-6}}{1.2\×{10}^{-4}}\×100\%=7.9\%.$

又如，对某航天器的总漏率测量了6次，其数值分别是Q₁＝1.1×10^-4Pa·m³s^-1，Q₂＝1.4×10^-4Pa·m³s^-1，Q₃＝1.0×10^-4Pa·m³s^-1，Q₄＝1.3×10^-4Pa·m³s^-1，Q₅＝1.2×10^-4Pa·m³s^-1，Q₆＝1.0×10^-4Pa·m³s^-1，，由于测量次数n＝6，因此采用贝塞尔公式计算测量重复性引入的不确定度分量。

$\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i=1.2\×{10}^{-4}\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1}$

$s\left(Q\right)=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(Q_i-\stackrel{\‾}{Q})}^2}=1.6\×{10}^{-5}\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1}$

$u_{A,j}=\frac{s\left(Q\right)}{\sqrt{n}}=6.5\×{10}^{-6}\mathrm{Pa}\·m^3{s}^{-1}$

$u_A=\frac{u_{A,j}}{\stackrel{\‾}{Q}}\×100\%=\frac{6.5\×{10}^{-6}}{1.2\×{10}^{-4}}\×100\%=5.4\%$

4)合成标准不确定度的确定：

合成标准不确定度

$u_c=\sqrt{{u_A}^2+{u_B}^2}.$

如，u_A＝5.4％，u_B＝5.3％，则

$u_c=\sqrt{{u_A}^2+{u_B}^2}=\sqrt{5.3{\%}^2+{5.4\%}^2}=7.6\%$

5)扩展不确定度的确定：

扩展不确定度

                            U＝ku_c，

k为包含因子，k＝2，3。

当k＝2时，置信水平为95％；当k＝3时，置信水平为99％。

如，u_c＝7.6％，置信水平为99％，即k＝3，则

扩展不确定度

                    U＝ku_c＝3×7.6％＝22.8％。

尽管根据实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员明白，在本发明的精神和范围下，本发明的任何变形和改变是可能的，都应该落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.航天器总漏率测试结果的不确定度确定方法，包括以下步骤：

1)确定系统效应引入的不确定度分量：系统效应引入的不确定度分量

其中，u₁为检漏仪的线性能力所引入的不确定度分量，u₂为样气的压力所引入的不确定度分量，u₂为样气的体积所引入的不确定度分量，u₄为测试时间所引入的不确定度分量，u₁的取值小于8.0％，u₂的取值依赖于测量样气装置中样气压力的压力计，小于1.0％，u₃的取值依赖于样气装置的体积，u₃小于1.0％，u₄的取值依赖于记录测试时间钟表，u4小于1.0％；

2)确定测量重复性引入的不确定度分量：通过贝赛尔公式或极差法获得测量重复性所引入的不确定度分量u_A；

3)合成标准不确定度的确定：合成标准不确定度

4)扩展不确定度的确定：航天器总漏率测试结果的扩展不确定度U＝ku_c，k为包含因子，k＝2或3；

当k＝2时，置信水平为95％；当k＝3时，置信水平为99％。

2.根据权利要求1所述的不确定度确定方法，其中，u_A值通过选取平时同量级试验时多次测量得到的数值来获得。