平均值-极差控制图在音速喷嘴式气体流量标准装置测量过程中的应用

　　0　前言

　　控制图是对测量过程是否处于统计控制状态的一种图形记录。它能判断并提供测量过程中是否存在异常因素的信息,以便于查明产生异常的原因。在测量过程控制中常用的控制图有平均值-标准偏差控制图(-x-s图)和平均值-极差控制图(-x-R图),我们应用平均值-极差控制图来记录音速喷嘴式气体流量标准装置的测量过程,判断测量过程是否受到不受控的随机效应的影响。

　　1　音速喷嘴式气体流量标准装置

　　喷嘴是个孔径逐渐缩小的流道,最小孔径的部分成为喉部。当喉部的气流处于亚音速时,喉部的气体流速(流量)将随节流压力比(即出口压力p1与上游滞止压力p0之比)的减少而增大。当节流压力比小到一定值时,流过喷嘴喉部的流速达到最大值———音速。如果上游滞止压力p0不变,再减小p1(即减小滞止压力比),流速(流量)将保持恒定。所以流速(流量)不再受下游压力的影响,此时的喷嘴称为音速喷嘴。音速喷嘴式气体流量标准装置如图1所示。喷嘴的流量按下式计算

式中:p为音速文丘利喷嘴前滞止绝对压力, kPa;T为音速文丘利喷嘴前滞止绝对温度, K;C为流出系数;Ф为与临界流函数、喉部直径有关的系数;K为大气相对湿度修正系数。

　　在音速喷嘴式气体流量标准装置上对被检流量计进行检测,读取被检流量计显示值、标准装置的流量值,并测出标准装置内和流量计前的气体温度、压力,计算出被检流量计的实际流量,然后通过公式(2)计算仪表的示值误差。

式中:Eij为第i检定点第j次检定时被检流量计的相对示值误差,%;Qij为第i检定点第j次检定时流量计显示的累积流量值, m3;(Qs)ij为第i检定点第j次检定时装置的累积流量值, m3,装置对装置内和流量计前的气体温度、压力对流量值的影响进行自动补偿。

　　2　测量过程的统计控制———控制图

　　2·1　预备数据的取得

　　预备数据是建立分析用控制图的基本取样数据,取样过程处于随机控制状态中。选取一台稳定的气体涡轮流量计作为被测对象,在重复性条件下,对该流量计每周作6次独立重复测量,连续测量半年,共获得24组数据,测量结果如表1所示。

　　2·2　计算统计控制量

　　采用平均值控制图和极差控制图,对本装置进行连续半年的统计控制,绘制平均值-极差控制图(-x-R图)。各子组平均值的平均值=x=0·43%,各子组极差的平均值-R=0·11%。

　　2·3　控制界限的计算

　　计算每个控制图的中心线(CL)、控制上限(UCL)和控制下限(LCL)。