質(zhì)量法油耗儀示值誤差不確定度評定分析

沈文奇

無錫市計量測試院 江蘇無錫 214000

油耗儀主要是利用單位時間內(nèi)的燃油耗量，對于機動車內(nèi)部實際油耗進行測定，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重傳感器，對于車輛在特定時間段內(nèi)燃油量的消耗進行測定，展開耗油儀的校準，因此對于油耗儀在的測量誤差以及不定性度等方面展開分析十分必要。

1 油耗儀相關(guān)介紹

長期以來，我國對于油耗儀統(tǒng)一化的檢測以及校準方法相對缺少，因此對于車輛耗油情況檢測精度不佳。為找出影響油耗儀顯示值準確性因素，需要找出高效的校準方式。質(zhì)量法油耗儀測定方式應(yīng)運而生，其利用油耗儀測定出單位時間內(nèi)機動車輛產(chǎn)生的實際油耗，通過燃油質(zhì)量表示出來，在稱重傳感器的使用之下，分析耗油量，并對于油耗儀進行校準。

1.1 工作原理

油耗儀工作原理，使用“常閉式”的二位二通閥，對于充油過程進行控制。當(dāng)電磁閥被打開以后，油箱可直接與發(fā)動機、油杯等相連。當(dāng)油杯的油面到達上限，此時電磁閥可以關(guān)閉，并且油箱也能停止供油，更換油杯為發(fā)動機進行供油。持續(xù)供油過程，油杯內(nèi)部液面下降，到達特定位置以后，油表正式開始計時，完成測量過程。耗油儀的組成系統(tǒng)包括顯示儀表、稱重傳感器以及信號系統(tǒng)，其計量過程分辨率可達0.1g，重復(fù)性低于0.5%，顯示誤差處于±0.5%之間。

1.2 校準條件

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

1.3 校準內(nèi)容

（1）對于分辨力的校準。在油耗儀分辨率的校準方面，可將其電源打開，結(jié)合使用說明進行預(yù)熱。目測油耗儀示數(shù)穩(wěn)定時，可選擇重量20.1g的砝碼置于托盤之上，在重力傳感器的作用之下，觀察顯示儀表的示數(shù)。

（2）對于示值誤差的校準。在示值誤差的分析方面，可選擇不同校準點，具體可選擇其量程20%，還可選擇量程60%，或者量程100%作為校準點，并在托盤的正中間，將砝碼居中設(shè)置，之后將砝碼示數(shù)Mi記錄下來，同時記錄儀表顯示值mi。按照上述校準流程，各個校準點需要連續(xù)三次進行校準，要按照誤差計算公式，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)中不同校準點i的示值誤差，單位%；mi代表油耗儀第i 個點共計3次測量結(jié)果平均值，單位是g；Mi代表油耗儀第i點的標(biāo)準砝碼重量，單位g。

（3）對于重復(fù)性問題的校準。針對重復(fù)性問題的校準，可以和示值誤差的校準方面同時進行，按照規(guī)范，可借助極差系數(shù)法，根據(jù)如下公式，完成不同校準點重復(fù)性的計算：

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

2 利用質(zhì)量法對于油耗儀示值的誤差不確定度的分析流程

2.1 確認方法

在被校準的稱重傳感器上方放置標(biāo)準砝碼，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，對于被校準的油耗儀相同示值指標(biāo)進行對比。

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，因為Mi，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算：

公式當(dāng)中，將標(biāo)準砝碼的不確定度分量u(Mi)引入其中，并將被校準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)準不確定度計算公式。

2.3 輸入數(shù)據(jù)

待校準的油耗儀能夠使用連續(xù)測量的方法，對其示數(shù)誤差進行評定。選擇質(zhì)量為1000g的砝碼，處于相同精度環(huán)境下，展開10次重復(fù)測量，獲得測量結(jié)果。并結(jié)合測量數(shù)據(jù)，使用賽爾公式完成標(biāo)準差的計算，計算結(jié)果s=0.143g。同時，測量期間，還需結(jié)合規(guī)范要求，處于同等條件之下，展開3次重復(fù)測量，取平均值，當(dāng)作最終的測量結(jié)果，計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)準度的不確定分量引入之后，經(jīng)計算，值為0.029g。待校準的油耗儀，選擇其中最大分量0.083g，標(biāo)準砝碼是按照上級標(biāo)準進行檢定，使用0-2000g的標(biāo)準砝碼。其極限誤差在±30mg，分布均勻，可確定包含因子，進而計算出標(biāo)準砝碼的不確定度分量0.017g[2]。

2.4 不確定度結(jié)果

選取1000g為測量點，標(biāo)準砝碼的質(zhì)量為1000g，被校準的油耗儀的示數(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)計算U=δi×k=0.017，取近似值，為0.02%。

2.5 測量報告

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

3 結(jié)語

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