CN109945910A - 一种高空低压试验机及其评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量仪器领域，尤其涉及一种高空低压试验机及其评定方法，包括机体、机箱，机体外部设置舱门、内部设置第一真空阀、放气阀。第一真空阀通过管道与机箱内设置的真空泵连接，通过真空泵将机体抽真空，模拟高空低压环境。机体外侧设置储物舱，与机体连通位置安装第二真空阀，储物舱内设置有害气体吸附剂。试验前关闭第二真空阀隔绝储物舱与机体，避免对抽真空过程造成阻碍，打开第二真空阀用于去除试验中产生的有害气体。试验机的评定方法，包括时间和气压的校准及测量不确定度评定，包括以下步骤：计算示值误差；计算方差和灵敏系数；计算分量标准不确定度；计算合成标准不确定度；计算扩展不确定度。

Description

一种高空低压试验机及其评定方法

技术领域

本发明属于测量仪器领域，尤其涉及一种高空低压试验机及其评定方法。

背景技术

高空低压试验机主要用于航空航天、电子通讯、国防科技、科研或者其他工业应用中。用于模拟出高空低气压环境，从而研究电子元器件、材料、仪表在高空低压环境下的贮存状态。然而目前，对于高空低压试验机并没有给出相应的气压标准，对于测试过程中样品出现爆炸、漏液、燃烧等现象时，无法保证测试过程安全有效。并且，针对高空低压试验机没有提出可靠地校准及评定办法，因此就无法确保试验机的检测结果是准确有效的。

中国实用新型CN201621359795.6公开了一种低气压环境试验装置，具体包括工作台、低气压工作室、检测设备和抽气装置以及气压检测装置。所述低气压工作室包括基板、铝罩、顶盖，基板固定在工作台上，基板内设置检测接口与检测设备电连接，铝罩密封固定在基板上，顶盖通过密封胶条密封旋转卡接于铝罩顶部，铝罩上连接T型接头，T型接头一端与抽气装置连接，另一端与气压检测装置连接，气压检测装置控制抽气装置可形成低压检测环境。所述顶盖上还有观察窗，观察窗密封安装钢化玻璃。但是并没有给出相应的气压标准，并且在测试过程中样品若出现爆炸、漏液、燃烧等现象时，无法保证测试过程安全有效。

中国发明专利申请CN201710628934.3公开了一种高低温低气压试验箱试验质量的检验方法，该方法由两位检验人员分别测量一组气压值，然后将所测气压值进行数据处理并分别计算出两位检验人员所测气压值得上偏差ΔP max、下偏差ΔP min，并与气压偏差允许范围进行比较；再计算出两位检验人员所测气压值的方差S1和S2；最后在一定显著性水平下，根据F检验临界表确认临界值的大侠，并根据F检验值F(f1，f2)＝大方差数值/小方差数值计算出的结果与临界值进行比较，从而确定两位检验人员是否有显著性差异；当F检验值F(f1，f2)的数值、两位检验人员测得气压偏差均在要求范围内时，评价结果为准确，有任意数值不在要求范围时即评价结果为不准确。但并未对测量结果的不确定度进行评定。

又如中国发明专利申请CN201510622700.9，公开了一种多通道的低气压试验箱校准设备，该设备包括N个压力传感器，用于分别获取对应的N个被测低气压试验箱内的压力检测值，N为大于1的整数；数据处理装置，用于控制选通相应的压力传感器获取相应被测低气压试验箱内的压力检测值；还包括电源、显示设备。但并未给出具体的校准过程及标准。

因此，提供一种可靠的高空低压试验机，并对测量结果进行不确定度分析，以确保高空低压试验结果的可信度，是本领域需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种高空低压试验机，并对该试验机的测量结果进行不确定度评价。

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案一种高空低压试验机，包括机体、机箱，所述机体外部设置舱门，所述舱门一侧与所述机体铰接，所述舱门另一侧安装门锁与所述机体固定，所述舱门上与所述机体接触面安装密封件，所述机体内设置第一真空阀，所述机箱内设置真空泵，所述第一真空阀通过管道与所述真空泵连接，所述机体内还设置放气阀，所述机体外侧设置一储物舱，所述储物舱的舱体与机体连通，二者连通位置安装第二真空阀；

所述储物舱设置盖板，所述盖板与所述舱体通过螺栓连接，且所述盖板上与所述舱体的接触面设置密封件；

所述舱体设置第三真空阀，所述第三真空阀通过管道与所述真空泵连接；

所述储物舱内设置有害气体吸附剂。

进一步地，所述机体底部设置底座，所述底座为圆柱状，所述底座外表面设置螺纹，所述底座芯部为通孔且通孔表面设置螺纹；

所述机体内设置固定轴，所述固定轴表面设置螺纹，所述固定轴与所述底座芯部通过螺纹连接；

所述机体内设置保护罩，包括上保护罩、下保护罩，所述上保护罩、下保护罩为一对相对设置的碗状结构，所述上保护罩通过螺纹与所述固定轴连接，所述下保护罩通过螺纹与所述底座连接；

所述下保护罩上端开口的直径小于所述上保护罩下端开口的直径。

进一步地，所述机体内部设置气压传感器，有害气体传感器；

所述机箱内设置控制模块，所述气压传感器、所述有害气体传感器与所述控制模块电连接；

所述机体外部还设置显示屏，所述显示屏与所述控制模块电连接。

进一步地，所述舱门上密封设置透明视窗。

进一步地，所述保护罩采用透明防爆玻璃制作。

一种用于上述高空低压试验机的评定方法，所述评定方法包括时间的校准及测量不确定度评定，气压的校准及测量不确定度评定。

进一步地，所述时间的测量不确定度评定包括以下步骤；

步骤一：测量计时时间，并按照Δt＝t-t_b计算最大允许示值误差，其中Δt为最大允许示值误差，t为示值，t_b为秒表示值；

步骤二：计算方差和灵敏系数，灵敏系数 方差

步骤三：计算分量标准不确定度，所述分量标准不确定度包括测量重复性引入的标准不确定度分量u(t)，秒表示值误差引入的不确定度分量u(t_b)；

其中：

步骤四：计算合成标准不确定度，

步骤五：计算扩展不确定度，U＝k·u_c(Δt)。

进一步地，所述气压的测量不确定度评定包括以下步骤；

步骤一：测量气压值，并按照ΔP＝P-P_b计算示值误差，ΔP为示值误差，P为示值，P_b为压力校验仪测得值；

步骤二：方差和灵敏系数计算，灵敏系数 方差

步骤三：计算分量标准不确定度，所述分量标准不确定度包括测量重复性引入的标准不确定度分量u(P)，压力校验仪示值误差引入的不确定度u(P_b)；

其中：

步骤四：计算合成标准不确定度，

步骤五：计算扩展不确定度，U＝k·u_c(ΔP)。

进一步地，所述时间的校准采用电子秒表测量，所述气压的校准采用压力校验仪测量。

进一步地，所述包含因子k＝2。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

(1)设置储物舱将有害气体吸附剂至于储物舱内，可用于吸附电池在试验过程中发生燃烧、爆炸、冒烟时产生的有害气体，避免污染或造成人员伤害；

(2)储物舱的舱体与机体连通，二者连通位置安装第二真空阀，由于有害气体吸附剂大多为多孔结构，若装有该多孔结构有害气体吸附剂的储物舱与机体直接连通，该有害气体吸附剂的多孔结构会吸附大量气体从而对抽真空过程造成困难，使试验机内无法达到目标真空度，影响试验机性能；

(3)储物舱设置盖板与舱体通过螺栓连接，盖板上与舱体的接触面设置密封件，舱体设置第三真空阀通过管道与真空泵连接，在试验过程中通过真空泵将储物舱处理为真空状态，第二真空阀打开进行吸附有害气体时，由于储物舱不密封而导致有害气体泄露；

(4)通过螺纹将一对相对设置的碗状上保护罩、下保护罩连接在底座和固定轴上，所述下保护罩上端开口的直径小于所述上保护罩下端开口的直径。试验时可以将电池至于保护罩中，若试验时电池燃烧、爆炸、漏液，则可以将电池与试验机机体隔离，避免对机体造成损坏，同时保护罩通过螺纹连接便于试验后的清理。

(5)机体内部设置气压传感器，有害气体传感器控制模块电连接，控制模块与显示屏电连接，气压传感器用于检测试验机机体内的真空度并通过控制模块处理后在显示屏上显示；有害气体传感器检测到实验过程中产生的有害气体，并通过控制模块处理后在显示屏上显示，此时操作人员看到显示后将第二真空阀打开，储物舱与机体连通，有害气体吸附剂开始吸附有害气体；

(6)舱门上密封设置透明视窗，一方面保证了密封性能，还可以通过该透明视窗观察试验机内部情况；保护罩采用透明防爆玻璃制作既可以观察试验情况，又可以防止电池爆炸时出现意外；

(7)对该试验机的测量结果进行不确定度评定，包括：分量标准不确定度，合成标准不确定度，扩展不确定度进行了评定，保证了测试结果的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：

图1为高空低压试验机正视图；

图2为高空低压试验机内部结构示意图；

图3为储物舱剖视图；

其中1-机体，11-舱门，12-第一真空阀，13-放气阀，14-透明视窗，2-机箱，21-真空泵，3-储物舱，31-舱体，32-第二真空阀，33-盖板，34-第三真空阀，41-底座，42-固定轴，43-上保护罩，44-下保护罩，5-气压传感器，6-有害气体传感器，7-控制模块，8-显示屏。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对本发明内容做进一步详细说明。

如图1、2所示本发明公开了一种高空低压试验机，包括机体1、机箱2，所述机体1外部设置舱门11，所述舱门11一侧与所述机体1铰接，所述舱门11另一侧安装门锁与所述机体1固定，所述舱门11上与所述机体1接触面安装密封件，所述机体1内设置第一真空阀12，所述机箱2内设置真空泵21，所述第一真空阀12通过管道与所述真空泵21连接，关闭舱门11并通过门锁将舱门11与机体1固定连接。所述机体1内还设置放气阀13。所述舱门上密封设置透明视窗14，可通过该密封设置的透明视窗14观察机体1内部的试验情况。

试验开始前打开第一真空阀12和真空泵21，放气阀13处于关闭状态，可实现机体1内部的抽真空过程，即：实现机体1内部的模拟高空低压环境。当机体1内部达到试验指定的真空度后将第一真空阀12关闭，防止试验过程中电池发生爆炸、漏液、燃烧、冒烟的情况时产生的杂质、有害气体、有腐蚀性液体等通过第一真空阀12泄露至真空泵21甚至大气中，从而导致真空泵21的损坏或者污染环境。当试验结束后打开放气阀13，使机体1与大气连通从而恢复正常的大气压环境。

如图1、2、3所示，所述机体1外侧设置一储物舱3，所述储物舱3的舱体31与机体1连通，二者连通位置安装第二真空阀32，将储物舱3与机体1隔离。所述储物舱3设置盖板33，所述盖板33与所述舱体31通过螺栓连接，且所述盖板33上与所述舱体31的接触面设置密封件，所述舱体31设置第三真空阀34，所述第三真空阀34通过管道与所述真空泵21连接。所述储物舱3内设置有害气体吸附剂。

通过安装有密封件的盖板33、第二真空阀32、第三真空阀34可以使储物舱3内形成密闭空间。储物舱3内设置了有害气体吸附剂，为了保证吸附效果有害气体吸附剂为多孔结构，该多孔结构中会吸附大量空气，对抽真空过程造成一定阻碍，因此试验开始前第二真空阀32处于关闭状态，将储物舱3与机体1隔离开，以使机体1的抽真空过程能够顺利进行从而达到试验指定的真空度，即：保证该高空低压试验机能够达到指定的高空低压模拟环境。

试验过程中若电池发生爆炸、漏液、燃烧、冒烟的情况时产生了有害气体，将第二真空阀32打开，通过有害气体吸附剂将机体1内的有害气体吸附去除，可以防止机体1与大气连通后，试验过程中产生的有害气体直接排放到大气环境中，造成环境污染或者影响试验人员的健康。

试验开始前，第二真空阀32关闭，第三真空阀34打开，将储物舱3与真空泵21连通，通过真空泵21将储物舱3抽至一定的真空环境。若不将储物舱3抽至真空，虽然通过盖板33、第二真空阀32、第三真空阀34可以使储物舱3内形成密闭空间，但仍与大气环境存在一定的气体交换，若此时将第二真空阀32打开，机体1内产生的有害气体进入储物舱3后则会发生有害气体的泄露，造成环境污染或者影响试验人员的健康。

将储物舱3抽至一定的真空环境后，将第三真空阀34关闭，避免在有害气体吸附过程中，部分有害气体通过第三真空阀34通过真空泵21被排放至大气中。

所述盖板33与所述舱体31通过螺栓连接，当试验结束后，可将盖板33从舱体31拆除，对储物舱3进行清理或更换有害气体吸附剂。

如图2所示机体1底部设置底座41，所述底座41为圆柱状，所述底座41外表面设置螺纹，所述底座41芯部为通孔且通孔表面设置螺纹。所述机体1内设置固定轴42，所述固定轴42表面设置螺纹，所述固定轴42与所述底座41芯部通过螺纹连接。

所述机体1内设置保护罩，包括上保护罩43、下保护罩44，所述上保护罩43、下保护罩44为一对相对设置的碗状结构，所述上保护罩43通过螺纹与所述固定轴42连接，所述下保护罩44通过螺纹与所述底座41连接。所述下保护罩44上端开口的直径小于所述上保护罩43下端开口的直径。

试验过程中可以将电池置于下保护罩44中，上保护罩43完全覆盖于下保护罩44之上，若试验时电池出现燃烧、爆炸、漏液、冒烟等现象，则可以将电池与试验机机体1隔离，避免对机体1造成损坏。同时上保护罩43通过螺纹与固定轴42连接，所述下保护罩44通过螺纹与底座41连接，结构简单方便拆卸，便于试验后对机体1进行清理，长时间使用后直接更换上保护罩43、下保护罩44即可。所述上保护罩43、下保护罩44采用透明防爆玻璃制作，一方面避免电池燃烧、冒烟、爆炸、漏液时损坏上保护罩43、下保护罩44，避免对机体1造成破坏，同时也可以透过上保护罩43、下保护罩44观察到内部试验进程。

如图2所示，机体1内部设置气压传感器5，有害气体传感器6。所述机箱2内设置控制模块7，所述气压传感器5、所述有害气体传感器6与所述控制模块7电连接。所述机体1外部还设置显示屏8，所述显示屏8与所述控制模块7电连接。试验过程中，所述气压传感器5检测机体1内部的真空度，将检测信号传输至控制模块7，通过控制模块7将检测信号转换为具体真空度数值，通过控制模块7将信号传输至显示屏8并显示，用于提醒试验操作人员。同理，在试验过程中，有害气体传感器6检测到机体1中由于电池出现燃烧、爆炸、漏液、冒烟等现象产生了有害气体，则可将其检测信号传输至控制模块7，通过控制模块7将检测信号转换为具体有害气体种类、浓度等，通过控制模块7将信号传输至显示屏8并显示，用于提醒试验操作人员。

本发明提供的高空低压试验机，其机体1内部结构简单，没有过多的异型结构，或连接部件，可保证抽真空过程顺利进行，同时便于对机体1进行清理、维护，有利于保证设备性能的稳定性。

本申请还提供了一种用于该高空低压试验机的评定方法，所述评定方法包括的项目为：时间的校准及测量不确定度评定，气压的校准及测量不确定度评定。

(一)试验机计时时间的校准及测量不确定度评定。

步骤一：用电子秒表测量计时时间，并按照Δt＝t-t_b计算最大允许示值误差。

式中：Δt为最大允许示值误差；t为示值；t_b为秒表示值。

步骤二：方差和灵敏系数计算。

灵敏系数由于上式t与t_b互不相关，因此c(t)＝1，c(t_b)＝-1。

方差

步骤三：计算分量标准不确定度。

首先计算测量重复性引入的标准不确定度分量u(t)。

设置试验机参数，火焰施加3600s，用秒表进行10次等精度重复测量，得到10次测量数据列，根据所测得数据计算单次试验标准差分布式中α_i为单次测量的值，为测量值的平均值，n为测量次数。

实际测量时，在重复性条件下连续测量3次，以3次测量算术平均值为测量结果，则可得到s＝0.061s，并计算实际三次测量数据分别如下述表1、表2、表3：

表1.实施例1中秒表测量结果

i	t<sub>i</sub>/s	i	t<sub>i</sub>/s
				1	3600.151	6	3600.194
2	3600.163	7	3600.189
				3	3600.187	8	3600.302
4	3600.261	9	3600.287
				5	3600.293	10	3600.304

表2.实施例2中秒表测量结果

i	t<sub>i</sub>/s	i	t<sub>i</sub>/s
				1	3600.211	6	3600.319
2	3600.291	7	3600.231
				3	3600.207	8	3600.289
4	3600.361	9	3600.191
				5	3600.179	10	3600.212

表3.实施例3中秒表测量结果

然后计算秒表示值误差引入的不确定度u(t_b)。

由检定证书可知，秒表引入的误差为0.02s，按均匀分布，取包含因子k＝2，则u(t_b)＝0.02s/2＝0.01s。

步骤四：计算合成标准不确定度。

各输入量互不相关，因此

步骤五：计算扩展不确定度。

取包含因子k＝2，则扩展不确定度U＝k·u_c(Δt)＝0.08s。

(二)试验机气压的校准及测量不确定度评定。

步骤一：用压力校验仪测量气压值，并按照ΔP＝P-P_b计算示值误差。

式中：ΔP为示值误差；P为示值；P_b为压力校验仪测得值。

步骤二：方差和灵敏系数计算。

灵敏系数由于上式P与P_b互不相关，因此c(P)＝1，c(P_b)＝-1。

方差

步骤三：计算分量标准不确定度。

首先计算测量重复性引入的标准不确定度分量u(P)。

设置试验机气压值为50kPa，用压力校验仪进行10次等精度重复测量，得到10次测量数据列，并计算单次试验标准差分布 式中h_i为单次测量的值，为测量值的平均值，n为测量次数。

实际测量时，在重复性条件下连续测量3次，以3次测量算术平均值为测量结果计算得到s＝0.049％，并计算实际测量的三次测量数据如下述表1、表2、表3所示：

表1.实施例1中压力校验仪测量结果

i	h<sub>i</sub>/KPa	i	h<sub>i</sub>/KPa
				1	50.096	6	50.056
2	50.023	7	50.045
				3	50.069	8	50.083
4	50.039	9	50.031
				5	50.072	10	50.079

表2.实施例2中压力校验仪测量结果

i	h<sub>i</sub>/KPa	i	h<sub>i</sub>/KPa
				1	50.025	6	50.061
2	50.087	7	50.055
				3	50.075	8	50.091
4	50.046	9	50.029
				5	50.034	10	50.081

表3.实施例3中压力校验仪测量结果

然后计算压力校验仪示值误差引入的不确定度u(P_b)。

由标准压力校验仪为0.05级，引入的不确定度为0.05％，取包含因子k＝2，则u(P_b)＝0.05％/2＝0.025％。

步骤四：计算合成标准不确定度。

各输入量互不相关，因此

步骤五：计算扩展不确定度。

取包含因子k＝2，则扩展不确定度U＝k·u_c(ΔP)＝0.08％。

上述内容对实施例做了详细的说明，但本发明不受上述实施方式和实施例的限制，在不脱离本发明宗旨的前提下，在本领域技术人员所具备的知识范围内还可以对其进行各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明要保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高空低压试验机，包括机体、机箱，所述机体外部设置舱门，所述舱门一侧与所述机体铰接，所述舱门另一侧安装门锁与所述机体固定，所述舱门上与所述机体接触面安装密封件，所述机体内设置第一真空阀，所述机箱内设置真空泵，所述第一真空阀通过管道与所述真空泵连接，所述机体内还设置放气阀，其特征在于：

所述机体外侧设置一储物舱，所述储物舱的舱体与机体连通，二者连通位置安装第二真空阀；

所述储物舱设置盖板，所述盖板与所述舱体通过螺栓连接，且所述盖板上与所述舱体的接触面设置密封件；

所述舱体设置第三真空阀，所述第三真空阀通过管道与所述真空泵连接；

所述储物舱内设置有害气体吸附剂。

2.根据权利要求1所述的高空低压试验机，其特征在于：所述机体底部设置底座，所述底座为圆柱状，所述底座外表面设置螺纹，所述底座芯部为通孔且通孔表面设置螺纹；

所述机体内设置固定轴，所述固定轴表面设置螺纹，所述固定轴与所述底座芯部通过螺纹连接；

所述机体内设置保护罩，包括上保护罩、下保护罩，所述上保护罩、下保护罩为一对相对设置的碗状结构，所述上保护罩通过螺纹与所述固定轴连接，所述下保护罩通过螺纹与所述底座连接；

所述下保护罩上端开口的直径小于所述上保护罩下端开口的直径。

3.根据权利要求2所述的高空低压试验机，其特征在于：所述机体内部设置气压传感器，有害气体传感器；

所述机箱内设置控制模块，所述气压传感器、所述有害气体传感器与所述控制模块电连接；

所述机体外部还设置显示屏，所述显示屏与所述控制模块电连接。

4.根据权利要求3所述的高空低压试验机，其特征在于：所述舱门上密封设置透明视窗。

5.根据权利要求4所述的高空低压试验机，其特征在于：所述保护罩采用透明防爆玻璃制作。

6.一种用于权利要求1所述高空低压试验机的评定方法，其特征在于：所述评定方法包括时间的校准及测量不确定度评定，气压的校准及测量不确定度评定。

7.根据权利要求6所述的评定方法，其特征在于：所述时间的测量不确定度评定包括以下步骤；

步骤一：测量计时时间，并按照Δt＝t-t_b计算最大允许示值误差，其中Δt为最大允许示值误差，t为示值，t_b为秒表示值；

步骤二：计算方差和灵敏系数，灵敏系数 方差

步骤三：计算分量标准不确定度，所述分量标准不确定度包括测量重复性引入的标准不确定度分量u(t)，秒表示值误差引入的不确定度分量u(t_b)；

其中：

步骤四：计算合成标准不确定度，

步骤五：计算扩展不确定度，U＝k·u_c(Δt)。

8.根据权利要求6所述的评定方法，其特征在于：所述气压的测量不确定度评定包括以下步骤；

步骤一：测量气压值，并按照ΔP＝P-P_b计算示值误差，ΔP为示值误差，P为示值，P_b为压力校验仪测得值；

步骤二：方差和灵敏系数计算，灵敏系数 方差

步骤三：计算分量标准不确定度，所述分量标准不确定度包括测量重复性引入的标准不确定度分量u(P)，压力校验仪示值误差引入的不确定度u(P_b)；

其中：

步骤四：计算合成标准不确定度，

步骤五：计算扩展不确定度，U＝k·u_c(ΔP)。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的评定方法，其特征在于：所述时间的校准采用电子秒表测量，所述气压的校准采用压力校验仪测量。

10.根据权利要求6-8任意一项所述的评定方法，其特征在于：所述包含因子k＝2。