2018年, 第39卷, 第1期　
刊出日期：2018-01-22

  

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几何量计量
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  大空间坐标测量网络的现场实时标定方法

  张红英,余晓芬,王标

  计量学报. 2018, 39(1): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.01

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  大空间坐标测量网络主要由若干测量基站组成,为在测量现场完成网络的构建,并在测量过程中实时重新标定测量基站的空间坐标,通过对网络的测量原理及测量基站的结构进行分析,提出了模拟基站的标定模型。该模型将球形标靶作为模拟基站,并将模拟基站布置在特定位置上,可解决共面布局下测量网络的标定问题。为获取标定模型所需的距离信息,提出了主动扫描和寻心扫描两种瞄准测距方法。仿真标定实验结果表明,当测距精度为0.5 mm时,测量基站的坐标标定误差均值为2.1 mm。瞄准实验结果表明,两种瞄准方法所得测距值标准差分别为0.16 mm和0.34 mm,与测距精度相当。
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  一种基于多步法的高精密主轴回转误差分离算法

  乔凌霄,陈江宁,陈文会,张丽,田景志

  计量学报. 2018, 39(1): 6-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.02

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  论述了多步法回转误差分离算法的技术原理,提出了频域混合补偿法误差分离算法,通过分析采集到的误差数据中主轴回转误差、圆度误差等成分的频域特性,利用傅里叶变换得到误差的谐波分量,通过剔除、补偿等方式分离偏心误差、圆度误差,从而得到主轴回转误差,该算法能很好地解决谐波抑制问题。通过圆度仪在工作现场采集数据进行仿真分析,实验验证该方法的可行性,并用最小二乘法对结果进行评定。三、四、五步法得到的圆度误差评定值与厂家给出的圆度误差40 nm间的差分别为118 nm、113 nm、145 nm,而频域混合补偿法分离出的圆度误差评定值为54 nm,与40 nm仅相差14 nm,可以看出频域混合补偿法对误差的分离效果明显优于多步法的误差分离效果。
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  一种光电自准直仪空间坐标系建立方法研究

  杨占立,范百兴,西勤,王成江,王瑞鹏

  计量学报. 2018, 39(1): 12-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.03

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  为实现光电自准直仪与多种传感器的联合测量,提出了光电自准直仪虚拟空间直角坐标系建立的方法。通过虚拟方法建立其空间直角坐标系,推导出参数的转换模型并进行实例验证,为实现光电自准直仪与其他传感器的联合测量提供理论基础。
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  混合教与学算法在空间直线度评定中的应用

  杨洋,李明,顾京君,王宸,韦庆玥

  计量学报. 2018, 39(1): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.04

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  在最小区域准则条件下,为了提高空间直线度的评定精度,将教与学算法运用于空间直线度的误差评定中。汲取混合蛙跳算法的种群分组策略、洗牌策略和局部更新策略等算法思想,并将其引入到教与学优化算法(TLBO)的班级初始化与教学阶段之中,从而设计了一种混合教与学算法(HTLBO),用以增加学生个体间的信息交互能力和局部搜索能力,进一步增强算法的寻优能力。最后,通过采用两组空间直线度误差算例对HTLBO算法进行实例验证,并将实验结果与其他常用算法计算结果进行了对比,结果表明:HTLBO算法在空间直线度误差评定过程中,搜索能力强,收敛速度快,能够对空间直线度进行较高精度的评定。
光学计量
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  人眼对比敏感度函数测量方法研究

  张吉焱,董金昕,周桃庚,戴军成

  计量学报. 2018, 39(1): 20-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.05

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  根据对比度及对比敏感度函数的定义,提出了一种基于积分球和特制调光器产生人眼对比敏感度测试目标的方法,搭建了人眼对比敏感度函数自动化测量系统。该系统采用交叉阶梯法进行心理物理学实验,可以实现人眼对比敏感度函数的测量,可测量的空间频率包括0.8,1.5,2.0,3.0,4.5,6.0,12.0和18.0周/(°),对比度测试目标背景亮度示值误差±5%,对比度重复性0.001,复现性0.004,均满足人眼对比敏感度函数的测量要求。
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  380~780 nm总光谱辐射通量量值导出及不确定度评定

  赵伟强,刘慧,刘建

  计量学报. 2018, 39(1): 24-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.06

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  叙述了光源380~780 nm总光谱辐射通量量值导出的基本原理。该量值基于测量灯的总光通量及用变角辐射计测量灯的光谱辐射强度相对分布,溯源至总光通量国家基准和高温黑体光谱辐射照度国家基准。总光谱辐射通量量值导出的不确定度主要影响因素包括总光通量、光谱辐射标准灯、光谱辐射计自身特性、变角辐射计(机械部分)和测量系统重复性,扩展不确定度U=3.3%~1.6%, k=2。
热学计量
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  基于闭环制冷机的平衡氢三相点复现装置

  朱鹏飞,屈继峰,孙建平,蔡晋辉,周贞宇

  计量学报. 2018, 39(1): 28-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.07

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  为了解决平衡氢三相点复现装置复现难度大、耗时长、效率低的问题,研制了基于闭环GM制冷机的新型平衡氢三相点复现装置。采用准绝热方法复现平衡氢三相点;基于Labview程序,实现了复现过程的自动测量与控制。该套装置不仅提高了工作效率,而且提升了复现性。实验结果表明:该套系统平衡氢三相点的复现性优于0.05 mK,标准不确定度优于0.1 mK。
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  空气环境下PtO₂分解实验的研究

  牛亚路,宋凯,孙建平,李旭,叶萌

  计量学报. 2018, 39(1): 33-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.08

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  标准铂电阻温度计的感温元件高纯铂丝的氧化是影响其测温性能的重要因素之一。利用差示量热扫描仪(DSC)和X射线光电子能谱技术(XPS),研究铂丝氧化的主要产物PtO2在不同温度下的生成产物,以及不同产物的生成和分解温度。结果表明:当温度在550～820 ℃范围内时,随着温度的升高,PtO2会逐渐分解生成PtO和Pt,且温度越高生成的Pt含量越多;当温度高于820 ℃时,PtO2会快速分解为Pt和O2。该研究结果对标准铂电阻温度计的制作技术和使用提供了理论支撑。
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  大气温室气体探测激光雷达及其标定技术研究进展

  刘晓萌,刘勤勇,张亮

  计量学报. 2018, 39(1): 39-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.09

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  大气温室气体探测激光雷达是温室气体远程探测的重要手段,其探测技术和标定方法成为了各国温室气体探测的研究重点。综述了大气温室气体探测激光雷达技术及其标定方法的发展及应用,并对未来大气探测激光雷达的发展方向进行了展望。
流量计量
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  基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法

  马敏,王伯波,闫超奇,薛倩

  计量学报. 2018, 39(1): 43-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.10

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  针对固定电极的电容层析成像技术独立测量值较少,且由于电极位置的影响而导致重建图像失真等问题,提出了一种基于16旋转电极的电容层析成像技术系统模型及对应的图像融合方法。模型对16电极的电容层析成像技术模型进行4次旋转,得出的数据分别采用线性反投影算法和修正共轭梯度法算法进行图像重建,再将重建的5张图像进行小波变换,变换得到的低频和高频成分分别采用加权平均和主分量分析的融合准则进行图像融合。实验结果表明:提出的电容层析成像技术旋转模型通过增加测量电容数,结合图像融合方法可明显提高重构图像质量,降低成像误差。
力学计量
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  基于拉格朗日抛物线插值的毛细管粘度仪液位检测方法

  温冠华,滕召胜,林海军,唐求,任建

  计量学报. 2018, 39(1): 47-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.11

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  为提高毛细管粘度仪液位检测的实时性,减小凹形液面和采样间隔对检测结果精度的影响,提出了一种基于拉格朗日抛物线插值的毛细管粘度仪液位检测方法。采用光纤传感器作为液位检测元件,对采样得到的液位检测电压信号进行一阶差分处理;搜索一阶差分最小采样时刻,选取该采样时刻与其前后相邻2个采样时刻的电压一阶差分值作为插值点,进行拉格朗日抛物线插值;通过插值多项式对时间求导,确定计时点,实现液位流经2个计时点的自动检测。该方法与现有基于最小二乘线性拟合方法相比,计算量小,实时性好,受采样间隔影响小。实验表明该方法的运动粘度测定重复性小于0.1%。
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  一种指尖三维力传感器设计

  张强,宋爱国,刘玉庆,姜国华,周伯河

  计量学报. 2018, 39(1): 52-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.12

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  设计了一种用于仿人灵巧手的指尖三维力传感器,采用十字梁与中心直梁相结合的结构实现对三维力的感知。首先利用ANSYS工具对设计的十字梁弹性体进行静力学分析,通过分析对弹性体的结构尺寸进行了优化,并给出了最佳贴片方案;最后对设计的指尖三维力传感器进行静态标定试验,建立了维间耦合误差模型,利用静态解耦算法对传感器耦合误差进行解耦计算,有效提高了指尖三维力传感器的测量精度。实验结果表明:设计的三维指尖力传感器的测量精度优于2.5%。
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  基于轧件水平振动的轧机辊系振动补偿模型

  刘彬,姜甲浩,刘飞,刘浩然,李鹏

  计量学报. 2018, 39(1): 56-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.13

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  考虑轧件水平振动对轧制力和摩擦力动态特性的影响,建立了一种基于轧件水平振动的轧机辊系振动补偿模型。根据广义耗散的Lagrange原理,分别沿轧制方向和垂直轧制方向建立动力学平衡方程。以某厂四辊板带轧机为例,仿真分析轧件水平振动速度和轧机辊系垂直振动位移随轧辊转速的变化规律,测试了5组不同转速下的轧制力数据;对模型补偿前后轧制力理论值与测试数据误差进行了对比。研究结果表明:补偿后的模型轧制力理论值与实测数据之间的误差大大减小。
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  基于分形维数和GA-SVM的风电机组齿轮箱轴承故障诊断

  时培明,梁凯,赵娜,安淑君

  计量学报. 2018, 39(1): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.14

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  对风机齿轮箱轴承故障诊断进行了研究,提出一种基于分形维数和遗传算法支持向量机(GA-SVM)相结合的故障诊断算法。基于常用的时域特征参数作为支持向量机的识别参数,引入分形维数特征参数来提升支持向量机的识别精度。提出了基于遗传算法(GA)的支持向量机参数优化的模型,通过GA的寻优自动获得最优的支持向量机参数。采用某风场的风电机组齿轮箱轴承数据进行故障诊断,实验表明,所提出的GA-SVM模型很好地解决了参数选择的问题,同时基于分形维数的特征参数也提高了风电机组轴承故障的识别准确率。
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  基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析

  杜亚志,王学滨,董伟,冯威武,侯文腾

  计量学报. 2018, 39(1): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.15

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  制作了水平和倾斜的常应变剪切带,使用数字图像相关方法(DIC)对剪切带内、外的位移场和应变场进行了测量,分析了形函数、子区尺寸及测点间距对测量结果的影响。结果表明:在剪切带边界附近,一阶或二阶DIC方法的位移误差限均较大,这是因为这些区域的子区覆盖了一部分剪切带;子区尺寸越大,或测点距离剪切带边界越近,位移误差限越大;一般对于剪切带边界附近测点,二阶DIC方法比一阶DIC方法的位移误差限小;随着测点间距的增加,一阶或二阶DIC方法的剪切带的法向剪应变坐标曲线由陡峭变得平缓,剪切带宽度逐渐增加。
电磁学计量
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  超声波法在电连接器接触压力测试中的应用

  骆燕燕,冯郁竹,郝良,刘昕昊,刘硕

  计量学报. 2018, 39(1): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.16

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  电连接器的可靠接触是通过接触件间稳定的接触压力实现的。利用超声波的传播特性,提出一种适应于接触件紧密插合结构特点的接触压力无损检测方法。设计了试验电路并进行了测试,分析了电连接器的接触压力规律。测试结果表明:不同型谱的电连接器接触压力值与接触件的结构参数相关,随插孔直径的减小,接触压力有所降低;但同一型谱的电连接器不同接触件的接触压力也存在一定的分散性。这种分散性可能成为导致接触失效的隐患之一。
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  基于多变量加权一阶局域混沌预测模型优化及应用

  张淑清,刘子玥,何泓运,任爽,张立国,姜万录

  计量学报. 2018, 39(1): 77-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.17

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  鉴于实际应用中多变量因素对混沌预测的影响,提出了多变量时间序列相空间重构方法,以此为基础建立多变量加权一阶局域混沌预测模型。引入等概率符号化极大联合熵求取延迟时间、最小香农熵法求取嵌入维数,实现多变量混沌预测模型子序列重构;对实际序列采用区间邻近点法确定预测中心点的邻近点,避免产生伪邻近点;最后用关联分析确定观测变量。将该模型应用于短期电力负荷预测,分析气温等影响因素与电力负荷的相关程度,引入气温时间序列作为另一观测变量,实验证明相对于单变量预测方法提高了预测精度。
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  直流高压电阻分压器泄漏电流测量研究

  张煌辉,林飞鹏,邵海明,张钟华

  计量学报. 2018, 39(1): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.18

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  介绍了一种测量直流高压电阻分压器泄漏电流的装置。该装置采用ZigBee无线通信技术,通过独立电源供电的方式,避免了因高压电场导致测量仪器损坏的风险,解决了分压器在高电压工作状态下难以测量泄漏电流的问题。通过采用同步采样的方法,有效克服了高压电源纹波和漂移对测量精度的影响,泄漏电流测量不确定度优于9.8×10^-6 V,k=2。
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  基于相关主成分分析和极限学习机的风电机组主轴承状态监测研究

  何群,王红,江国乾,谢平,李继猛,王腾超

  计量学报. 2018, 39(1): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.19

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  提出了一种基于相关系数法和主成分分析法以及极限学习机相结合的主轴承状态监测方法。该方法利用相关系数法选取数据采集与监视控制系统中与主轴承温度相关的变量作为初始输入变量;再用主成分分析法对所选变量进行降维处理,以消除变量之间的相关性和冗余性;进一步利用极限学习机建立主轴承正常运行时的温度模型并用其进行温度预测;最后利用滑动窗和核密度估计方法对残差进行分析,并基于实测的数据进行主轴承故障模拟。结果表明,该方法可有效地实现主轴承潜在故障的预测。
无线电、时间频率计量
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  数字示波器大触发延迟时间的量子化测量方法

  梁志国

  计量学报. 2018, 39(1): 94-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.20

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  针对数字示波器的大触发延迟时间,提出了一种量子化测量方法。使用正弦激励信号周期作为测量尺度标准,将大触发延迟时间表述成整数个正弦周期与一个小数个正弦周期的合成。小数周期部分用相位差法直接测量获得,而整数的获取,通过将大触发延迟时间分割成多个小触发延迟增量之和,分别触发测量各个小触发延迟时间增量,然后,以累积方式获得大触发延迟时间粗测值,并以此计算获得整数值,最终将两部分时间合成得大触发延迟时间测量结果。在数字示波器上所作的一组实验验证了该方法的正确性与可行性。该方法可用于数字示波器大触发延迟时间的精确测量和计量校准中。
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  无源器件噪声标准值计算方法的研究

  吴爱华,刘晨,王一帮,梁法国

  计量学报. 2018, 39(1): 99-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.21

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  对于矢网中噪声选件计量过程所急需的噪声标准值计算方法展开了研究。报告了无源器件噪声标准值的含义和现有计算方法的特点,并通过现有的两种方法和不同温度条件的实验数据,对比分析了噪声标准值与环境温度、无源器件S参数的关系。基于无源器件噪声模型,提出一种包含温度参数的新型矢量计算方法。在290 K环境温度下,该方法与商业化软件计算结果的最大偏差在10^-4~10^-5量级,在297 K环境温度下,噪声系数标准值计算准确度提高了0.08 dB左右,同时实验证明了环境温度对于最佳源反射系数的幅值和相位几乎没有影响。
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  外推法天线增益测量的阻抗失配修正及其不确定度评定

  陈军,宋振飞,万发雨,谢鸣

  计量学报. 2018, 39(1): 104-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.22

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  基于信号流图分析法建立了全端口阻抗失配模型,推导出天线增益的阻抗失配修正公式,结合各端口散射参数实测值可计算出阻抗失配修正值。此外,还提出了一种基于蒙特卡罗法的阻抗失配修正不确定度及其概率分布特性评定方法,为科学、系统地评定外推法增益测量不确定度提供有效方法。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  中子周围剂量当量仪的校准方法与亚太比对

  张辉,张彦立,夏渲

  计量学报. 2018, 39(1): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.23

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  中子周围剂量当量(率)仪作为中子辐射水平监测的主要设备须采用适当的方法进行准确校准。亚太计量规划组织于2012年组织了该类仪器的校准比对(APMP.RI(III)-S1),比对协议规定采用放射性核素中子源的中子参考辐射场校准主导实验室提供的比对仪器,并推荐采用影锥法和距离变化法对校准结果进行散射中子修正,参比实验室将比对仪器的校准因子及其不确定度作为比对结果上报。中国计量科学研究院参加了本次比对,比对结果表明参比实验室的校准结果在不确定度范围内一致。
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  烃露点分析在天然气标准气体制备中的应用

  邓凡锋,周鑫,董了瑜,李志昂,郑力文,方正

  计量学报. 2018, 39(1): 115-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.24

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  基于Peng-Robinson物性方程对天然气在不同组分组成条件下的烃露点进行模拟计算,并根据计算结果绘制了天然气的气液组成相平衡图。对比GB/T 5274—2008称量法制备气体标准物质中的饱和蒸汽压估算法,通过对相图中烃露点线的分析,可以准确地预测天然气在特定压力和温度条件下组分出现冷凝液化的可能性,可有效保证标气配制量值的可靠性。
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  聚乙二醇法测定超滤膜截留率的不确定度评定

  王旭亮,李宗雨,张艳萍,郝军,潘献辉

  计量学报. 2018, 39(1): 119-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.25

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  截留率和切割分子量是表征超滤膜截留性能的主要技术参数。以聚乙二醇-20000为标准物质,建立截留率测试结果的不确定度评定数学模型,分析不确定度来源,评定超滤膜截留率测试结果的不确定度。结果表明,PEG-20000的多分散系数(Mw/Mn)为1.005,优于标准中对截留测试标准物质的分子量分布系数小于1.8的要求,GPC谱图呈现单峰形式,符合PEG结构明确、分子量分布窄的特点,完全满足测试需要,标准测试曲线线性好、相关系数R2大于0.999;通过重复性实验,测定了超滤膜对PEG-20000的截留率为93.04%,对该结果进行了A类和B类不确定度评定,当包含因子k=2、置信水平为95%时,扩展不确定度为2.90%。
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  基于混沌分组教与学优化算法锅炉NO_x模型优化研究

  马云鹏,牛培峰,陈科,闫姗姗,李国强

  计量学报. 2018, 39(1): 125-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.26

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  为了平衡教与学优化算法的全局和局部搜索能力,提出一种混沌分组教与学优化算法。采用3种调整机制:应用混沌方法初始化种群个体;在教阶段成绩更新中引入自适应惯性权值;在学阶段,采用随机蛙跳算法思想,将班级中的学生分组,更新子种群的最差解。用10个经典的测试集函数测试改进算法的性能,并与人工蜂群算法、万有引力算法、原始的教学优化算法进行比较,结果显示:改进算法具有良好的全局和局部搜索能力,而且收敛精度高。此外,应用改进的教与学算法优化循环流化床锅炉氮氧化合物排放浓度的模型,仿真试验表明优化后的模型具有良好的辨识能力和泛化能力,能够指导工程,解决实际问题。
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  电解质分析仪检定过程中的基质效应变化规律研究

  崔宏恩,姚绍卫,封志明,张超

  计量学报. 2018, 39(1): 130-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.27

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  为了观察电解质分析仪计量检定过程中基质效应的变化规律,使用水溶液基质的定标液对电解质分析仪进行校准和使用人血清基质的定标液对生化分析仪进行校准后,再对不同浓度的水溶液基质标准物质和人血清基质标准物质分别进行测定,对检定结果进行显著性分析。结果表明,使用人血清基质校准后的生化分析仪和水溶液基质校准后的电解质分析仪的K+、Na+、Cl-检定结果在一定的浓度范围内具有统计学差异(p<0.01),电解质分析仪检定过程中基质效应引起的偏差大小随浓度的变化而变化。
计量学总论、不确定度
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  GUM法和MCM法评定测量不确定度对比分析

  刘园园,杨健,赵希勇,赵士伟

  计量学报. 2018, 39(1): 135-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.28

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  以气象检定领域中的风速测量不确定度评定为例,分别在输入量正态分布以及其他分布两种假设情况下,对比分析了GUM法与MCM法评定风速简化模型测量不确定度结果,并对简化模型所忽略的水汽修正项带来的测量不确定度进行了量化。实例对比表明,MCM法较GUM法适用范围广,特别是针对一些复杂模型,MCM法不需要繁琐的求导过程,不需要舍弃一些小影响量的不确定度计算,使得不确定度评定结果更完整合理,可操作性强。
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  基于可能性理论的测试信息融合及不确定性处理方法与分析

  余学锋,于杰,张红清

  计量学报. 2018, 39(1): 140-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.29

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  针对测试信息融合及不确定性处理问题,提出了采用条件可能性分布获取测量过程后验信息的方法。设计了用随机模糊变量的可能性分布取代概率分布的技术途径,给出了实现测试信息融合及不确定性处理的基本思路,并通过实例说明了该方法的实用性和有效性。结果表明,基于可能性理论,结合可靠的测量先验信息,可以得到精确的测量结果后验估计。