压力表不确定度评定_精密压力表示值误差的测量结果不确定度评定

　　摘 要：弹簧管式精密压力表使用方便又经济耐用，被很多的实验室作为压力测量和标准表使用。本文根据对《测量不确定度评定与表示》的理解，对0.4 级精密压力表示值误差测量结果的不确定度评定进行了分析。
　　关键词：压力表；测量示值；误差
　　中图分类号：TH812 文献标识码：A
　　弹簧管式精密压力表是以弹簧管为敏感元件的压力测量仪表。对具体的测量进行具体的分析， 给出更为符合测量环境的测量不确定度评定， 是一项极有意义的工作。通常，在不确定度的评定中，测量者和利益相关各方面最为关心的是测量是否有效，测量结果是否可信，对测量的可信程度提出疑问，回答这些问题有一定的难度，因为影响测量结果的因素很多，而人们对诸多影响因素往往缺乏完整的了解，故引入“测量不确定度”的概念，利用它的表示来评定测量水平或质量，是计量界在误差理论的基础上进行大量研究的一个重要成果，不确定度是对测量结果质量的定量表征，结果的可用性很大程度上取决于其不确定度大小。测量误差和不确定度是计量学领域里最基本、最重要的理论知识，也是难点之一。
　　1测量概述
　　（1）环境条件：室温（20±5）℃。
　　（2）测量标准：二等活塞压力计，不确定度：二等。
　　（3）依据《弹簧管式精密压力表和真空压力表》JJG49-1999规程。
　　（4）被测对象：精密压力表，测量范围（1～60）MPa。
　　（5）测量原理及其组成：二等活塞式压力计是根据流体静力平衡原理设计制造的。其工作原理就是基于活塞本身重量和加在活塞上的专用砝码重量，与作用在活塞面积上所产生的压力相平衡。
　　2数学模型
　　根据弹簧管式精密压力表和真空压力表的检定方法，可建立如下数学模型：
　　δ=p1—p2
　　式中：δ—被检压力表示值误差；p1—被检压力表示值；p2—标准压力值。
　　3不确定度的评定
　　由数学模型可知，用二等活塞压力计检定精密压力表，其误差来源有二等活塞压力计本身的误差和被检定精密压力表的误差。
　　3.1输入量标准测量不确定度的评定
　　3.1.1测量方法
　　依据国家计量检定规程JJG49-l999《弹簧管式精密压力表和真空压力表》要求，弹簧管式精密压力表和真空压力表的示值误差通常用二等活塞压力计进行测量，检定时压力从零位开始，平稳地升压或降压，对各检定点（不少于8点）进行示值检定，当示值达到测量上限后，切断压力源（或真空源），耐压3min，然后按原检定点平稳地升压或降压回检。检定点各次的读数与该点标称值的最大偏差为被检定点的示值误差。
　　3.1.2标准不确定度分量的分析与计算
　　为了便于定量分析和评定，以检定一支0.4级，分度值为0.2MPa，量程为0～25MPa的压力表为例进行计算评定，其它各类表方法与其一样。其中Pn为被检压力表的量程。
　　（1）输入量P的标准不确定度u1的评定。
　　标准不确定度U来源主要由以下几个分项构成：
　　测量重复性引起的不确定度分项u1a；读数误差引起的不确定度分项u1b；数据修约误差引起的不确定度分项u1c。
　　第一，u1a的评定：在相同条件下，对被检压力表全量程重复检定10次，发现20MPa点的变化最大，所以就用该组数据进行计算，这样所合成的扩展不确定度较大，结论更安全、可靠。由于是观测列，故采用A类评定。该点的测量列为：20.02MPa、20.00MPa、20.04MPa、20.00MPa、20.04MPa、20.02MPa、20.04MPa、20.02MPa、20.00MPa、20.02MPa。
　　用贝塞尔公式计算单次测量结果的实验标准差：
　　实际工作中，各检定点升压、降压各测量三次，于是有：
　　其标准不确定度为：
　　100﹪=0.0065/25×100﹪=0.026﹪
　　自由度：v1a=n-1=9。
　　第二，u1b的评定：被检压力表读数时应估读到分度值的1/10，该误差分布服从均匀分布k=3，采用B类评定，则其估算值可信度一般，估计，则
　　其估算值可信度一般，估计△u(xi)/ u(xi)=0.25，则v1b=8。
　　第三，u1c的评定：最大修约误差为分度值1/10的一半，且服从均匀分布，k=3，采用B类评定，则：
　　其估算值可信度一般，估计△u（xi）/u（xi）=0.25，则v1c=8。
　　（2）输入量P2的标准不确定度u2的评定。由于检定时测量温度与标准温度20℃非常接近，且被检压力表指针中心轴与活塞下端面基本处于同一水平面，所以这里不考虑温度和液柱差带来的不确定度。因此，输入量P2的标准不确定度u2主要由以下几个分项构成：
　　标准器二等活塞式压力计检定时标准器自身带来的不确定度u2a；专用砝码配重误差带来的不确定度分量u2b。
　　第一，u2a的评定：由于二等标准活塞压力计的基本误差为0.05％，包含因子k=3，采用B类评定，u2a=(0.05％/3)×100％=0.017％，u2a的估算为标准正态，很可靠，则自由度为v2a=∞。
　　第二，u2b的评定：由于专用砝码的精度为±0.02％，该项误差概率服从均匀分布，k=3，采用B类评定，则 ，其估算值很可靠，则自由度为v2b=∞。
　　第三，u2的计算：由于两个分项互不相关，所以
　　3.2合成标准不确定度的评定
　　3.2.1 不确定度总结
　　（1）灵敏系数。
　　由数学模型δ=p1—p2求导得：
　　p1的灵敏系数 =1，p2的灵敏系数
　　=2
　　（2）标准不确定度汇总表。
　　将得到各项不确定度分量和相关信息记录在表格，表格从略。
　　3.2.2合成标准不确定度的计算
　　（1）合成标准不确定度u（△F）。
　　由于各项不确定度分量彼此独立，互不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：
　　（2）合成标准不确定度的有效自由度。
　　按韦尔奇—萨特思韦特公式，则自由度为：
　　为方便使用，可近似取20，这样在同样置信概率下查表所得包含因子k值较大而比较安全。
　　3.3扩展不确定度的评定
　　取置信概率P=95％，按有效自由度Veff=20，由t分布表kp=t95（20）=2.09；扩展不确定度U95=kp×uc=0.13%。故，0.4级精密压力表测量结果的扩展不确定度为：U95=0.13％，Veff=20，k=2.09。
　　结语
　　总之，压力表出具报告的准确性尤为重要，必须正确地全面地分析并评定精密压力表标准装置测量不确定度，保证其量值准确可靠。另外，应依据检定规程与技术文件上规定允差的要求，合理地选择精密压力表来检定一般压力表，以保证检定精度，满足测量技术要求及延长压力表的使用期限。
　　参考文献
　　[1]于春明，于梅.浅谈弹簧式精密压力表的误差调整[J].质量天地，2002（06）.
　　[2]冯兵库.弹簧管式一般压力表检定中精密压力表的选择[J].计量与测试技术，2011（01）.