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定标筒容量校准关键技术研究

郭立功 任立太 王金涛 暴雪松 佟林 常旭

郭立功,任立太,王金涛,等. 定标筒容量校准关键技术研究[J]. 计量科学与技术,2024, 68(6): 18-24, 17 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0065
引用本文: 郭立功,任立太,王金涛,等. 定标筒容量校准关键技术研究[J]. 计量科学与技术,2024, 68(6): 18-24, 17 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0065
GUO Ligong, REN Litai, WANG Jintao, BAO Xuesong, TONG Lin, CHANG Xu. Research on Key Technology for Calibrating the Capacity of Spirometer Syringes[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(6): 18-24, 17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0065
Citation: GUO Ligong, REN Litai, WANG Jintao, BAO Xuesong, TONG Lin, CHANG Xu. Research on Key Technology for Calibrating the Capacity of Spirometer Syringes[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(6): 18-24, 17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0065

定标筒容量校准关键技术研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0065
基金项目: 国家重大研发计划NQI专项项目(ZLJC1803);中国计量科学研究院基本业务费项目(AKYZZ2110)。
详细信息
    作者简介:

    郭立功(1971-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:容量、密度和液位计量和精密测量方法研究,邮箱:guolg@nim.ac.cn

  • 中图分类号: TB938.3

Research on Key Technology for Calibrating the Capacity of Spirometer Syringes

  • 摘要: 为更好地实现肺功能仪用定标筒(以下称为定标筒)的量值溯源,开展了定标筒容量校准方法研究和校准装置研制。通过测量定标筒活塞杆缓缓抽出产生负压吸入称量筒内的纯水质量,以及测量开始、结束时称量筒和定标筒的大气的温度、湿度、压力等参数计算吸入的纯水体积V201,应用范德华方程计算开始、结束时的空气体积,计算体积之差得到容量测量结果的修正值ΔV,从而得到标准温度下定标筒的容量V20。对标称容量为1 L和3 L的定标筒进行容量测量,多组测量结果的重复性均小于0.06%,测量不确定度均小于0.1%(k=2)。与常规静力称量法容量测量结果的差值均在0.05%以内,证实定标筒容量校准装置的容量测量结果与常规静力称量法的容量测量结果等效。采用的容量校准方法和校准装置,满足对容量测量要求为重复性0.05%、允差为±0.5%的定标筒开展容量校准的要求;也将为密闭腔体容积校准规范的编写提供重要的技术支撑。
  • 图  1  肺功能仪

    Figure  1.  Spirometers

    图  2  肺功能仪用定标筒

    Figure  2.  Spirometer syringes

    图  3  定标筒容量校准装置

    Figure  3.  Volume calibration device for spirometer syringes

    图  4  容量校准装置示意图

    Figure  4.  Schematic diagram for volume calibration of syringes

    图  5  硬件组成示意图

    Figure  5.  Schematic diagram for hardware components

    图  6  数据采集系统示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of data acquisition system

    图  7  软件流程图

    Figure  7.  Software flowchart

    图  8  校准软件的主界面

    Figure  8.  Main interface of calibration procedure

    图  9  1000 mL定标筒容量单次测量值

    Figure  9.  Volume of 1000 mL syringe for a single measurement

    图  10  1000 mL定标筒容量相对偏差

    Figure  10.  Relative deviation of 1000 mL syringe volume

    图  11  3000 mL定标筒容量单次测量值

    Figure  11.  Volume of 3000 mL syringe for a single measurement

    图  12  3000 mL定标筒容量单次测量结果相对偏差

    Figure  12.  Relative deviation of 3000 mL syringe volume

    表  1  1000 mL定标筒测量结果

    Table  1.   Volume measurements of 1000 mL syringes

    组号 第1组/mL 第2组/mL 第3组/mL
    $ \bar{V} $ 1000.14 1000.05 999.93
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $ 1000.82 1000.57 1000.82
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}} $ 999.62 999.52 999.52
    S(Vi) 0.47 0.42 0.51
    Uk=2) 0.99 0.97 0.98
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    表  2  3000 mL定标筒测量结果

    Table  2.   Volume measurements of 3000 mL syringes

    组号 第1组/mL 第2组/mL 第3组/mL
    $ \bar{V} $ 3000.35 3001.79 3001.17
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $ 3002.31 3002.83 3002.77
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}} $ 2998.21 3000.04 2999.67
    S(Vi) 1.62 1.10 1.23
    Uk=2) 1.34 1.18 1.23
    下载: 导出CSV

    表  3  2个定标筒的容量值

    Table  3.   Volume measurements of 2 syringes /mL

    组号 1000 mL 3000 mL
    $ \bar{V} $ 1000.13 3001.27
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $ 1000.85 3002.55
    $ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}} $ 999.67 2999.82
    S(Vi) 0.36 0.94
    Uk=2) 0.50 0.75
    下载: 导出CSV

    表  4  定标筒容量测量结果比较

    Table  4.   Comparison of syringe volume measurements /mL

    比较项目 标称容量1000 mL 标称容量3000 mL
    $ \stackrel{-}{V} $ 0.20 0.92
    S(xi) 0. 15 0.68
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-03
  • 录用日期:  2024-03-06
  • 修回日期:  2024-03-17
  • 网络出版日期:  2024-04-02

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