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2022年 43卷 12期
刊出日期：2022-12-28
计量学总论
几何量计量
光学计量
热学计量
力学计量
流量计量
声学计量
电磁学计量
电离辐射、标准物质与生物计量
电磁学计量
1533
交流功率标准构建原理及发展趋势综述
白静芬,孟静,赵东芳,李世松,段梅梅
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.01
交流功率标准作为电能计量最重要的溯源源头,对确保电能贸易结算的公平公正具有基础支撑作用。对目前构建高精度交流功率标准的常用方法以及功率量值溯源的链路进行了阐述。通过分析基于交流功率标准的电能表校准过程的误差来源,确立了主要的测量不确定度分量。针对现有交流功率标准存在的局限性,以及新型电力系统对电能计量提出的新需求,展望了电能计量标准未来的发展趋势。
2022 Vol. 43 (12): 1533-1537 [
摘要
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几何量计量
1538
直线导轨滚转角测量误差自校正方法
宋治崑,张记云,张汉平,范宇超,钱钧,范光照,娄志峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.02
提出一种具有滚转角测量自动校正功能的五自由度运动误差测量系统,解决了平行双光束法在测量滚转角误差时受光束平行度影响较大的问题。介绍了平行双光束法测量五自由度运动误差的原理,建立了关于双光束平行度误差与滚转角测量误差间的模型,提出了基于双自准直单元的双光束平行度误差测量方法。实验结果表明:双光束之间存在15.4″的平行度误差时,可以将滚转角测量误差的残差由44″减小到2.7″。该校正方法有效提高了双光束测量滚转角的准确性,可用于直线导轨运动误差的在线监测。
2022 Vol. 43 (12): 1538-1543 [
摘要
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1544
用于扫描电子显微镜校准的10μm格栅样板
张晓东,赵琳,李锁印,韩志国,许晓青,吴爱华
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.03
扫描电子显微镜是半导体领域用于关键尺寸测量的重要仪器。为了保证仪器量值的准确和一致,需要对扫描电子显微镜进行校准。首先,针对校准规范中提到的正交畸变和线性失真度参数,采用半导体工艺,研制了一种标称值为10μm的格栅样板。其次,为了准确评价格栅特征的一致性,研究了一种矩形检测算法。测量过程中,使用该算法对样板的格栅特征进行测量,并把使用原子力显微镜获取的测量数据作为参考值。实验结果显示:矩形检测算法能够快速检测出格栅特征,测试数据稳定在6nm以内。此外,研制的格栅样板一致性好,一致性参数控制在0.2以内,能够应用于扫描电子显微镜的校准。
2022 Vol. 43 (12): 1544-1548 [
摘要
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1549
基于多层膜沉积的循迹式线宽标准样片
赵琳,韩志国,张晓东,许晓青,李锁印,吴爱华
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.04
为了实现半导体行业内关键尺寸测量仪器的校准问题,展开了纳米尺寸线宽标准样片的研究工作。采用多层膜沉积技术研制了尺寸为20nm和50nm的纳米级线宽标准样片。针对标准样板整体尺寸小、仪器测量视场小所引起的校准时不便寻找的问题,以及由于样板线边缘质量问题导致每次测量不同位置结果相差太大的困扰,设计了定位循迹标志。共设计9组标志,每组标志9个标记格,每个标记格的宽度尺寸为0.5μm,标记格的间隔为2.5μm,每组标志之间的距离为100μm。采用半导体工艺进行加工,可以快速准确地寻找到标准的测量位置,保证了每次测量结果的重复性,有效提高了测量速度及准确性。
2022 Vol. 43 (12): 1549-1553 [
摘要
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1554
基于毫米波雷达获取料堆DEM的插值方法研究
孔德明,曹帅,沈阅,周逸人
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.05
针对现有的全自动堆取料机技术的发展过程中存在料堆高程模型获取困难、测量装置环境适应性差、成本高和模型精度低的问题,提出利用77GHz毫米波雷达、差分北斗和角度编码器的集成技术获取大型料堆表面的离散点云数据。推导出多传感数据融合获取离散点云数据的公式,并提出采用量子化鸽群优化Kriging插值算法获取料堆的数字高程模型(DEM),采用交叉验证的方式对比分析了优选参数后改进的普通Kriging、普通Kriging、反距离加权、基于三角剖分的线性和自然邻域插值算法,改进后的Kriging插值算法均方根误差低于0.37m,均方误差低于0.14m,均方根误差相比普通Kriging插值算法降低了39.9%。在现场的测试过程中,该方法可不受天气和粉尘的影响得到料堆的DEM,能够满足堆取料机全自动项目对精度的需求。
2022 Vol. 43 (12): 1554-1560 [
摘要
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光学计量
1561
基于线激光扫描的核电换热板厚度测量方法研究
刘杰,郑雪松,杨斌,王刚,李文龙
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.06
为实现核电换热板厚度尺寸的现场快速检测,搭建了面向复杂薄壁零件厚度测量的线激光三维测量系统,针对线性导轨与传感器相向排列特点的位姿标定方法进行了研究,建立核电换热板三维数字化模型,并针对换热板表面曲率缓变的结构特点,提出基于点点距离与空间聚类的厚度尺寸计算方法,实现核电换热板厚度尺寸高效计算。实验结果表明:系统测量精度优于0.15mm,检测时间≤2min,计算的换热板平均厚度0.9921mm,可满足企业现场(测量精度优于0.2mm、检测时间≤ 5min)检测要求。
2022 Vol. 43 (12): 1561-1567 [
摘要
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1568
罗维朋颜色体系实验研究
高红波,周彦,曾丽梅,吴伟钢
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.07
为解决罗维朋颜色体系量值溯源问题,提出了用光谱光度法研究罗维朋颜色体系。实验数据分析表明:在单波长下,罗维朋滤色片的光谱密度和罗维朋数之间有明显的线性关系;在380～780nm波长范围内,罗维朋滤色片的积分光密度和罗维朋数之间也有明显的线性关系。通过美国油品化学协会所提供的数据验证了关系式的可靠性。
2022 Vol. 43 (12): 1568-1572 [
摘要
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1573
基于非对称增强注意力与特征交叉融合的行人重识别方法
金梅,李媛媛,郝兴军,杨曼,张立国
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.08
针对现有的行人重识别方法提取到的特征信息充分性与辨识性不足导致检索精度低的问题,提出一种基于非对称增强注意力与特征交叉融合的行人重识别方法。首先,构建非对称增强注意力模块,通过多重池化聚合的跨邻域通道交互注意力增强显著特征表示,使网络聚焦于图像中的行人区域;其次,考虑到网络各层特征间的差异性与关联性,构建特征交叉融合模块,利用交叉融合方式实现同层不同级特征的跨层级融合,进而实现多尺度融合;最后,水平切分输出特征以获取局部特征,从而实现在特定区域上描述行人。在Market1501、DukeMTMC-reID与CUHK03这3个公开数据集上对提出的方法进行了验证,首位命中率(Rank-1)分别达到了93.5%、85.1%和64.3%,证明了该方法在提升行人重识别性能上具有优越性。
2022 Vol. 43 (12): 1573-1580 [
摘要
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热学计量
1581
气流温度传感器时间常数关键影响因素分析
赵俭
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.09
通过对气流温度传感器在热校准风洞上进行动态响应校准,得到不同温度传感器在不同工况条件下的时间常数,并提取焊球直径、偶丝直径、屏蔽罩结构、气流马赫数、气流温度以及温度阶跃量等关键影响因素,对其影响机制进行分析,得到了温度传感器时间常数的影响规律。结果表明:减小焊球直径、偶丝直径、屏蔽罩进出气口面积比和温度阶跃量,增大气流马赫数和气流温度,以及采用进出气口对开结构,均可减小温度传感器的时间常数;其中当偶丝直径由0.8mm减小到0.5mm时,温度传感器的时间常数减小142.9%。研究结果可为气流温度传感器的设计、使用与动态补偿等提供必要的依据。
2022 Vol. 43 (12): 1581-1586 [
摘要
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1587
基于智能手机APP的火焰温度分布检测研究
王浩帆,付睿,袁怡,李智聪,蒲旸,娄春,翁灿
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.10
提出了一种利用辐射理论与可见光图像处理技术,基于Android系统APP测量火焰温度的方法。利用手机自带相机采集火焰的可见光图像,通过提取可见光图像各个像素点的RGB,标定镜头确定辐射亮度与RGB的定量关系,利用维恩辐射定律计算出各个像素点的温度值,实现随时随地测量火焰温度。开发的APP测量火焰温度的技术可以通过拍照或图库选择的方式输入燃烧图像,提取照片的曝光时间、白平衡、ISO等重要参数,经过计算,即可生成燃烧二维温度分布图。实验测量了反扩散火焰的温度分布,结果表明:与多波长测量方法相比,智能手机测量温度最大值的相对偏差为4%。
2022 Vol. 43 (12): 1587-1592 [
摘要
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1593
铠装热电偶动态响应校准过程数值研究
刘波,郑伟,王志远,李雪菁
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.11
时间常数是描述温度传感器动态响应特性的重要参数。由于实验室校准条件通常难以覆盖温度传感器的实际使用条件,因此基于有限体积法数值仿真研究了插入法和回路电流阶跃响应(loop current step response,LCSR)法校准铠装热电偶动态响应的过程。建立了热电偶保护管、绝缘层、感温层的三维模型,分析了绝缘层MgO不同填充密实度下热电偶的动态响应。结果发现,采用3个极点的方程对LCSR响应数据进行拟合、变换求得的时间常数与插入法获得的时间常数偏差小于10%,为快响应铠装热电偶动态特性的设计、校准提供了一种新方法。
2022 Vol. 43 (12): 1593-1597 [
摘要
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202
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1598
面向非稳态传热的热像仪相对测温性能评估
陆忠海,王晓娜,侯德鑫,叶树亮
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.12
提出了一种热像仪相对测温的性能评价方法。将薄片热电偶的热节点固定在温度场均匀的加热单元表面,作为标准辐射温度发生单元,被待评价的热像仪观测和测温,对比热像仪观测的热电偶热节点表面温度场数据和热电偶自身测得的温度数据的相似度,对热像仪相对测温性能进行评价。基于国内外4个品牌的7款不同规格热像仪进行测试,结果表明热像仪的相对测温误差和绝对测温误差相差较大,相对测温误差通常介于噪声等效温差和绝对测温误差之间,同时发现6号热像仪性能较差,温漂严重,通过装置中的A、B两靶标同时测试热像仪性能,评价结果的标准差均在8%以内,这表明该方法具有较高的可靠性,对热像仪相对测温性能评价研究有一定的参考意义。
2022 Vol. 43 (12): 1598-1604 [
摘要
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1605
一种在片薄膜铂电阻温度传感器的校准方法
许晓青,李锁印,刘晨,赵新宇,赵革艳,吴爱华
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.13
在片薄膜铂电阻温度传感器以铂作为感温薄膜,采用半导体工艺制造,可以有效地监测晶圆片上的半导体器件温度。为了校准该类型温度传感器,根据其工作原理和结构特点,参考JJG 229-2010对校准装置的要求,提出了一种利用高低温探针台、八位半数字多用表以及直流探针组建校准装置的方法;通过组建校准装置,测量温度传感器在不同温度下的电阻值,得到电阻-温度特性的分度表;并对在片薄膜铂电阻温度传感器在25℃和 125℃2个温度点进行校准。校准数据及校准结果验证表明,该方法切实可行,可有效解决无连接引线的在片铂薄膜电阻温度传感器的校准问题。该校准技术也可为其他类型感温元件的在片温度传感器校准提供参考依据。
2022 Vol. 43 (12): 1605-1609 [
摘要
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流量计量
1610
组合总压管中取孔方式对流量测量结果的影响
赛庆毅,辛旭超,许浩东
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.14
针对组合总压管在直径1m以上大型管道流量测量中的应用,对组合总压管采取不同取孔方法(等环面法、切比雪夫法),及布置不同总压孔数量(2对、3对和4对)的模型,进行数值模拟计算。计算结果表明:组合总压管采用切比雪夫法,单根布置4对孔的所测结果相对误差较小,测量效果最好。根据最佳取孔方式制作组合总压管,进行流量测量试验,并与采用毕托静压管横动法试验的测量结果进行比较。试验结果表明:2种流量测量方法所测结果偏差在±0.5%以内。
2022 Vol. 43 (12): 1610-1615 [
摘要
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1616
基于阵列超声传感器的气液界面检测
方立德,孔恒正,韩棒棒,田梦园,李小亭
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.15
利用超声波声束对两相流参数检测的优点,使用阵列超声传感器探究了气液界面下的超声波声束和液面的关系。实现了超声波声束对整个气液界面的参数检测,测量了静态气液界面高度,实现动态超声波声束对分层流气液界面的重构。并在河北大学多相流循环装置进行实验验证,实验结果表明,阵列超声波声束可以实现对气液界面高度检测,可分辨最小2mm气液界面高度;重构图像的截面含气率和高速相机拍摄得到的截面含气率误差不超过4%。
2022 Vol. 43 (12): 1616-1621 [
摘要
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228
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1622
基于1D-CNN-AdaBoost及电阻层析成像的两相流流型辨识
张立峰,肖凯,华回春
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.16
基于电阻层析成像(ERT)系统采集的垂直管气液两相流测量数据,将一维卷积神经网络(1D-CNN)与AdaBoost(Adaptive Boosting)相结合,构建1D-CNN-AdaBoost算法,进行了气液两相流流型辩识研究。该算法使用5个1D-CNN作为弱分类器,通过实验数据样本训练,结合AdaBoost形成最终的强分类器。将1D-CNN-AdaBoost算法与BP神经网络、支持向量机及决策树算法进行比较,结果表明,1D-CNN-AdaBoost算法辨识正确率高于其他算法,平均辨识正确率可达97%。
2022 Vol. 43 (12): 1622-1626 [
摘要
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1627
基于机器学习算法的超声流量计使用中检验
李梦娜,吕承泽,王蕾,李春辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.17
为保证使用中超声流量计的准确度,基于随机森林算法,建立了超声流量计使用中检验预测分析模型。研究了超声流量计使用中检验程序。首先,获取超声流量计的信号质量数据、流态指标数据、以及计量性能数据;其次,采用随机森林算法对使用中超声流量计的流量偏差进行预测,预测值与真实值的偏差在0.76%以内,分析了影响使用中超声流量计测量准确度的各数据对超声流量计性能的影响程度;最后,对预测模型的不确定度进行分析,其扩展不确定度U=0.92%~0.22%(k=2)。
2022 Vol. 43 (12): 1627-1633 [
摘要
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力学计量
1634
高温压电加速度传感器绝对法校准
王佳豪,左爱斌,彭月祥
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.18
针对高温环境下压电加速度传感器的灵敏度幅值随环境温度改变而改变的问题,提出了基于正弦逼近法的耐高温压电加速度传感器绝对校准方法,并搭建相应实验校准系统。使用该方法对高温压电加速度传感器进行室温~400℃不同温度下的灵敏度测量校准试验,实验结果表明当环境温度升高时,加速度传感器的灵敏度呈现出近似线性增大的趋势。
2022 Vol. 43 (12): 1634-1638 [
摘要
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1639
重力关键比对点连续观测不确定度评估
牟丽爽,冯金扬,吴书清,李春剑,王启宇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.19
分析了超导重力仪iGrav-012在中国计量科学研究院全球绝对重力仪关键比对参考点连续观测结果的不确定度,通过最小二乘加权拟合计算超导重力仪格值因子为-927.96(nm/s
2
)/V,标准不确定度为0.80(nm/s
2
)/V,格值因子对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为3.20nm/s
2
,超导重力仪与绝对重力仪5.5年同址观测线性拟合得到超导重力仪漂移率为-14.66(nm/s
2
)/年,标准不确定度为2.1(nm/s
2
)/年,对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为 6.30nm/s
2
,二者对重力连续观测结果引入标准不确定度为7.07nm/s
2
。
2022 Vol. 43 (12): 1639-1644 [
摘要
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201
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声学计量
1645
X射线衍射法测量电容传声器的膜片张力
李旭,何龙标,祝海江,张小丽,冯秀娟,牛锋
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.20
为满足电容传声器膜片张力的直接测量需求,利用X射线衍射法对处于不同张力大小的电容传声器膜片进行测量,并与静电激励谐振法的张力计算值进行比较。结果表明,两者呈现相同的趋势并具有较好的一致性。通过传声器频率响应计算得到的谐振频率包含了电容传声器膜片后空腔等结构部件的影响,其测量值略高于膜片自由振动的谐振频率,因此X射线衍射法的测量结果略低于根据谐振频率计算的张力值。最后通过系列试验进一步验证了膜片张力对电容传声器电声特性的影响。
2022 Vol. 43 (12): 1645-1650 [
摘要
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186
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电磁学计量
1651
用于变压器损耗校准的移相装置研制
李伟杰,赵伟,邵海明,蔡晋辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.21
针对变压器损耗测量系统(TLMS)校准中,对功率因数可调高压大电流信号源的需要,开展了移相技术研究及装置研制。装置在机理上利用希尔伯特变换,对输入信号进行卷积运算,得到正交参考信号;然后通过双参数的矢量合成技术生成相位可调的输出,从而产生不同功率因数的试验信号。基于此技术,搭建并实现了Compact RIO平台的移相装置。同时利用Compact RIO作为硬件平台、LabVIEW软件实现可视化操作,设计了相位测量仪器,并结合相角电压表Clark-Hess 2600对移相装置的稳定性和分辨率进行实验验证。实验结果表明:所研制的移相装置分辨率、稳定性及准确度优于0.001°。
2022 Vol. 43 (12): 1651-1657 [
摘要
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1658
稳态型太阳模拟器关键参数对光伏电池短路电流测试结果的影响分析
姜飞飞,刘海涛,杨磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.22
介绍了太阳模拟器性能等级分类标准,研究了稳态型太阳模拟器的光谱匹配度、辐照不均匀度和辐照不稳定度3个关键参数对光伏电池短路电流测试结果的影响。实验表明,对太阳模拟器进行光谱失配修正能够降低短路电流测试值与校准值的偏差;调整被测电池有效测试平面内的平均辐照度达到标准值要求,能够有效降低辐照不均匀度的影响;对模拟器的辐照不稳定度进行控制,能够降低短路电流重复性测试误差。
2022 Vol. 43 (12): 1658-1662 [
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电离辐射、标准物质与生物计量
1663
气态元素汞校准的一致性光学评定检测实验研究
郑海明,朱小朋,贾桂红
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.23
利用低压汞灯作为光源,结合单色仪,对汞渗透管法和汞饱和蒸气法气态元素汞校准进行一致性光学评定检测研究。在汞渗透管实验中,吸收度面积值与理论浓度的皮尔逊相关系数为0.9968,拟合优度为0.9936,说明两组数据相关性较好且符合郎伯比尔定律。取实验的吸收截面作为标准参考吸收截面,对相同浓度汞蒸气横向对比及不同浓度汞蒸气纵向对比,浓度误差最大为7.45%,表明渗透管法的稳定性较好且精度较高,验证了渗透管法作为汞标气法的可行性。在渗透管实验中加入SO2,气态汞浓度测量误差最大为12.82%,说明SO2对汞吸收度测量产生一定程度的干扰。汞饱和蒸气法实验中,以渗透管为基准测得的最大误差在标准允许误差之内,表明2种校准方法具有一致性。但汞饱和蒸气法与渗透管法相比,其重复性及精度仍有不足,待提升空间较大。
2022 Vol. 43 (12): 1663-1668 [
摘要
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1669
一种新型在线水质TOC监测仪自动校准装置及其校准方法研究
何飞飞,丁斌,陈子望,强学栋,刘魏魏,李劲松
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.24
为满足医药类生产企业中水质监测所使用的在线TOC分析仪在500μg/L浓度以下的原位校准需求,建立了一套由高精度微量陶瓷注射泵、磁力搅拌混匀单元和步进电机控制恒流注射器组成的在线水质TOC监测仪自动校准装置。通过PLC控制高精度微量陶瓷注射泵和大容量注射泵分别将高浓度TOC标准原液和纯水进行比例混匀,实现了对在线水质TOC监测仪500μg/L以下量程的自动校准,线性相关性0.9924。
2022 Vol. 43 (12): 1669-1676 [
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1677
混合粒径颗粒物对切割器评价结果的影响研究
刘佳琪,张国城,吴丹,杨振琪,田莹,荆文杰,霍胜伟,沈上圯
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.25
依据标准选用8个不同粒径的标准聚苯乙烯小球分别进行PM2.5切割器的评价,检测周期长、流程复杂。采用多种粒径粒子进行混匀后雾化,形成多分散气溶胶再进行检测,可一次性获取切割器在几种粒径下的捕集效率。用两种方法评价比对了国内外两种切割器,结果表明Da50及几何标准偏差δg一致性较好,偏差不超过3%,但混合方法的测量时间较传统方法缩短了80%。研究成果为优化切割器评价流程提供了参考。
2022 Vol. 43 (12): 1677-1682 [
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计量学总论
1683
计量中回归模型参数值及其不确定度评估
白杰,胡红波
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.12.26
针对计量领域中广泛应用的数据回归处理方法,阐述了在基于正态分布噪声条件下,最小二乘法与贝叶斯推断法用于回归模型参数估计以及相应不确定度评估的过程。GUM系列不确定度评估准则中没有明确指出如何对回归参数进行不确定度评估,同时有些回归模型也无法唯一地转化为相应的测量方程。通过计量校准的实例说明了如何处理相应参数的确定等问题,以此说明2种方法的相同与不同之处。最小二乘方法计算简单直接且便于使用;而基于贝叶斯推断的方法则能充分利用计量校准中的经验和历史数据等信息,但由于其参数后验分布计算通常较为复杂,需采用马尔科夫链-蒙特卡罗(MCMC)法通过数值计算得到关注参数的结果。
2022 Vol. 43 (12): 1683-1688 [
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