发动机试验涡轮流量计测量不确定度评定方法
摘要:在涡轮流量计计量检定规程基础上,根据测量不确定度原理,从发动机试验燃油流量测量系统的数学模型出发,详细分析了所有不确定度分量,并结合涡轮流量计传统校准方法和误差分析方法,给出发动机试验燃油流量测量不确定度的评佑方法。
1、校准方法：
发动机试验台架采取的方法通常是选用管道口径与发动机供油管道口径相匹配的涡轮流量传感器，加装在发动机燃油进口管道平直段进行测量。通过实验室校准建立起输入流量与涡轮流量计输出信号、采集系统输出信号以及仪表常数之间的对应关系，***终通过采集系统测量值得到待测流量值。 因此，发动机试验燃油流量参数校准与标定分为两个方面。首先将涡轮流量计送到具有资质的计量站校准实验室进行校准，通过给流量传感器输人标准流量(L/min，得出输人流量与涡轮流量传感器输出信号、仪表常数之间的对应关系。然后将涡轮流量计装回发动机燃油管路中，并通过给采集系统流量采集通道输人对应的频率信号，***终得出采集系统测量值与标准输入流量的对应关系。
1. 1、涡轮流量计的检定：
涡轮流量计检定是根据《JJG 1037一2008》计量检定规程进行的。按照其中的规定，检定项目包括外观及随机文件、示值误差、重复性。按照JJG1037一2008涡轮流量计检定规程的要求，流量计的检定包含以下流量点:qm; . q ,0. 40qma二和q maz;对于准确度等级由于0. 5%的流量计，增加0. 2Jqma:和0. 70qma:两个流量点。表1给出了经常用于发动机试验某 CL型流量计的检定结果。
检定环境条件及技术参数:
①检验介质:某型航空煤油;
②检验时密度:0.7910酬cm3cm;
③检验时介质温度:7. 295℃;
④流量计线性度:11. 168429%
表1 某CL型流量计检定结果
1.2、燃油流量测量通道校准：
试验装置包括随机信号发生器、F/V频压转换仪、VXI数据采集系统和计算机。其校准试验结构如图1所示。
图1燃油流量测量通道标定试验示意图
校准是采用正弦信号发生器产生的频率信号，来模拟涡轮流量计的频率输出。根据涡轮流量计检定证书选择5个加载点，频率信号经频压转换器转换为1– 5 V电压信号进人数采系统的电压采集模块，采集系统分别采集每个给定频率下频率/电压转换器所输出的电压值，按***小二乘法拟合得到一遍正、反行程内各校准点的测量电压平均值与燃油流量之间的转换系数。按上述转换系数分别计算正、反行程内各校准点上采集系统测量电压所对应的燃油流量测量值。
2、传统误差分析方法：
2. 1、误差的来源：
误差的来源主要包括以下几个方面:
①涡轮流量计的非线性引起的系统误差;
②数据采集通道的系统误差;
③环境温度变化引起系统增益和零漂变化带来的附加系统误差;
④数据采集通道的随机误差;
⑤涡轮流量计的重复性引起的随机误差。
值误差;凡(max) 为 流 量 计 在 q:到 q ~流量 范围各流 量检定点得 到的 长 中的*** 大值,单位为m ,)一’或 L一’;K:(m i。)为流 量计在 。`到 。m。:流 量范 围各流 量检定点得 到 的 K`中的 *** 小 值,单位为 ( m,)一’或
以表1给出的流量计为例，根据上述误差计算方法计算得出某车台燃油流量测量误差极限。计算结果见表2。
表2燃油流里相对误差极限
从表2可以看出，影响燃油流量测量精度的***大误差项是涡轮流量计的非线性带来的误差。下面就如何减小涡轮流量计的非线性进行讨论。3不确定度评定方法3. 1流量计检定流量点的选择 如前所述，按照JJG1037一2008涡轮流量计检定规程的要求，流量计的检定包含规足流量点40q~和'Z max。因此合理地选取流量计的标定上、下限4m;"9m8二显得尤为重要，既要满足试验实示使用范围，又要兼顾流量计的自身特性。
以上文提到的某CL-4流量计为例，从表1中可以看出，流量计按照JJG1037一2008检定规程的要求选择了6个校准点。其检定时所用流量计标定上限是按照CL-4的出厂标称值，即qm} = 5 L/min，按照流量计检定线性度误差计算方法得出，该流量计的线性度约为11.2%。显然该误差远远低于试验参数测试要求的精度。进一步分析其原因，不难发现，根据CL}流量计的出厂指标，标明其***大量程比约为1: 10，即qmin”0. 10qmax。因此，必须根据流量计用于试验时的实际准确测量范围进行校准。 表3对比了剔除表1中的qmin -" 07q~前后的不同流量计线性度。剔除0. 07q~检定点后，将0. 15qm作为***小流量，得到流量计线性度明显优于剔点前，而且测量范围亦满足发动机试验时性能测试范围的要求。
3、结束语：
本文从涡轮流量计传统校准方法和误差分析模型出发，详细分析了所有误差分量，以及影响测量结果的因素，提出了流量计校准应注意的要素和误差分析方法，给出发动机试验燃油流量不确定度评估方法。该方法在实际工作中得到应用，也可以用于评定发动机试验中同类测量参数的不确定度。