航天器氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定

《航天器氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2010年8月中国空间科学技术71第4期ChineseSpaceScienceandTechnology．航天器氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定王勇闰荣鑫(中国空间技术研究院，北京100094)摘要航天器的单点漏率测试往往采用氦质谱吸枪检漏法，因此，研究该方法的不确定度评定具有重要的工程实际意义。文中首次从不确定度的基础理论出发系统地研究了氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定方法，并结合一个具体的案例给出了评价的详细步骤。该评价方法可以为航天器的总漏率测试法和真空检漏法的不确定度评定提供一定的参考依据。关键词不确定度氦质谱检漏仪吸枪法航天器1引言航天器的密封性能直接关系到航天器发射和在

2、轨运行的成功与否。微小的漏孔也可能造成巨大的损失，因此，在总装过程中对航天器要进行严格的检漏测试。总装过程中的检漏测试主要包括单点检漏测试和总漏率测试。现阶段的单点检漏测试主要采用氦质谱吸枪检漏法，因此，研究吸枪检漏法具有重要的工程实际意义。吸枪法检漏的示意图如图1所示。具体的操作过程是：将被测物内充入规定压力的氦气，用特制的吸枪(如限流的针阀、膜孔或毛细管)在被测物外进行探索，若被测物存在漏孔，氦气将通过漏孔向外逸出。当吸枪正对漏孔位置时，氦气随同周围空气一起被吸枪吸入到检漏仪中而产生输出指示，从而达到检漏目的。1996年，兰州物理研究所的李旺奎等对吸枪检漏法进行了定量的研究

3、，指出欲使吸枪检漏法具有定量性，应具备如下条件：1)稳定的正压漏孔及对其进行校准；2)用正压校准漏孔标定吸枪一检漏仪；3)吸枪一检漏仪标定条件与检漏条件一致[1]。但当时国内没有校准正压漏孔的装置，因此，吸枪检漏法定量的问题并没有得到解决[2]。1999年，首都航天机械公司提出了校准正压漏孔的两种方法，从而解决了正压漏孔的校准问题。同年，首都航天机械公司还给出了吸枪检漏的具体方法，提出了直测法、容器积累法、罩盒积累法、结构预置容积积累法以及简易包封积累图1吸枪法检漏原理示意图法‘31。这些方法使得吸枪检漏法在航天工程领域得到(定量)应用。2005年，兰州物理研究所提出了校准正压

4、漏孔的新方法，．即定容法和定量气体法，并能给出测试结果的合成标准不确定度‘4。。现阶段正压漏孔的校准均采用该方法。至此，用吸枪法对被检件漏率的定量研究基本成熟，但美中不足的是现阶段的检漏测试结果只能给出测试结果，却不能给出评价测试结果的参数——不确定度。本文即尝试在吸枪检漏法的不确定度评定方面做一些研究工作。收穑日期：2009一10—21。收修改稿日期：2009—12一10中国空间科学技术2010年8月2吸枪检漏法的不确定度评定2．1系统效应不确定度的评定由中国国军标GJB3756—99‘51可知，若测量结果Y是由各输入量zl，z。，⋯，工N通过函数关系y=f(x·，Xz，⋯，

5、zN)确定的，那么测量结果y的合成标准不确定度“y卜厝苓忑—鬻丽两l㈣式中u(x；)，u(xj)分别为置，乃的标准不确定度；u(x；，而)为z；，而协方差的估计值；r(x；，而)为X；，为相关系数的估计值；i≠．f。吸枪法的计算公式为Q=争—半Q0即Q一等Qo(2)式中△J。=I。一I。，△Jz—f：一j。；Q，Qo分别为被检件的漏率和正压标准漏孔的标称漏率；I。，It，fz则分别为检漏仪的本底、标准漏孔以及被检件的反应值；AI。，△I。则为标准漏孔以及被检件的净反应值。当然公式(2)成立的前提条件是检漏仪必须具有良好的线性。因此，由检漏仪非线性导致的不确定度甜。也必须考虑进吸

6、枪法的最终测试结果的合成不确定度中去。据公式(1)、(2)可知，“(Q)=√(轰儿2(△L)+(一訾)2铲(龇)+(兰凡2(Q)+2轰(一訾M她M△L)=层瓦再焉甄鬲瑶而i焉墨而丽㈣式(3)在推导过程中，由于△J，、△Jz是由同一台检漏仪所测，因此取相关系数的估计值为1，即r(x；，乃)一1[63；u(A)则表示量A的标准不确定度。因此，Q的相对标准不确定度为姗蜡：匿蟹噩雩鍪至匦巫：面蚰。倔西五订瓦亿甄了F雨砬万=瓦忑江瓦丽(4)式中t‘，(A)则表示量A的相对标准不确定度。现求u(AI。)的值。由于△工2=12一I。，因此u(AI。)=石玎巧干孑瓦丁乏丽雨而一lu(I。)一“

7、(I。)I(5)式(5)在推导中同样取相关系数为1。由于Io，I-，J：为同一台检漏仪所测，因此其标准不确定度应该是相等的，故2010年8月中国空间科学技术73同样可知，相对标准不确定度u，(A11)=“，(A12)=0由公式(4)、(6)，且考虑到检漏仪的非线性而导致的不确定度‰，可得H，(Q)=~／“：+U；(Q。)公式(7)即为吸枪法检漏时由于整个系统效应导致的不确定度。2．2测量重复性的不确定度评定(6)(7)具体测试时应多次测量再取其平均值，从而得到由于测量的重复性而导致的不确定度