壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測量不確定度評(píng)定

高楠

摘 要：測量誤差直接影響著工作計(jì)量器具計(jì)量數(shù)值的準(zhǔn)確性和可靠性。為了在傳遞量值、降低損耗、保證質(zhì)量和防護(hù)安全等方面滿足計(jì)量器具的使用預(yù)期要求，使其測量出來的結(jié)果更加準(zhǔn)確，需結(jié)合統(tǒng)計(jì)和計(jì)量兩項(xiàng)技術(shù)，并使統(tǒng)計(jì)技術(shù)與誤差和鑒定理論相結(jié)合，分析測量誤差的不確定性。

關(guān)鍵詞：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置；總不確定度；計(jì)量器具；統(tǒng)計(jì)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB931 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.105

運(yùn)用壓力變送器將壓力變量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的信號(hào)輸出，壓力變量與輸出的信號(hào)之間存在函數(shù)關(guān)系，一般情況下為線性函數(shù)。壓力變送器的測量對(duì)象既包括靜態(tài)壓力，也包括動(dòng)態(tài)壓力，所以在控制系統(tǒng)與測量工程中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在高壓和高溫等環(huán)境下的使用。為了鑒定壓力傳感器的質(zhì)量，不同地區(qū)的有關(guān)部門先后制作出了相關(guān)鑒定裝置。本文主要針對(duì)示值誤差的測量和評(píng)定等工作進(jìn)行研究和探討。

1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差來源

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差來源主要有：①計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差，例如計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器、不同附件和配套設(shè)備等方面的誤差；②環(huán)境誤差，例如濕度、溫度、振動(dòng)、氣壓和磁場等因素導(dǎo)致的誤差；③人員誤差，例如觀測、視覺、讀數(shù)和估讀等方面的誤差；④方法誤差，例如因缺乏健全的計(jì)算或測量方法而導(dǎo)致的誤差。

2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差和總不確定度的分析

2.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性測試

通過比較活塞壓力不斷變化的名義值，在鑒定機(jī)構(gòu)提供的鑒定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)比，該比值必須在活塞壓力所規(guī)定的變量范圍內(nèi)。

2.2 測量不確定度評(píng)定

受誤差因素的影響，評(píng)定不能確定的被測量值就是不確定度評(píng)定。對(duì)于不能確定的誤差大小，不確定度評(píng)定通過特征量值進(jìn)行描述。

2.3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度驗(yàn)證

選定一只0～40 MPa的壓力表，經(jīng)自檢測，一組數(shù)據(jù)與法定計(jì)量部門的一組數(shù)據(jù)比對(duì)檢定結(jié)果如表1所示。

通過比較，0.10 MPa是其差值的最大限度，沒有超出被檢表誤差允許范圍內(nèi)的2/3。因此，這一裝置驗(yàn)證了其總不確定度。

結(jié)合統(tǒng)計(jì)和計(jì)量兩種技術(shù)，并使統(tǒng)計(jì)技術(shù)與誤差和鑒定理論相結(jié)合，以驗(yàn)證測量的不確定度和壓力計(jì)量標(biāo)器。根據(jù)國家《彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表》（JJG 52—1999）的有關(guān)要求，壓力機(jī)在總的不確定方面符合其要求，適用于檢定工作為1.5級(jí)、2.5級(jí)和4級(jí)的工作強(qiáng)度。研究、分析不確定度和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器存在的測量誤差可以得出，誤差導(dǎo)致了被測量值的不確定性，使測量的評(píng)定結(jié)果與國際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一致，使壓力計(jì)量單位實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，量值更加準(zhǔn)確，使確認(rèn)周期內(nèi)的壓力測量設(shè)備與有關(guān)規(guī)定的要求相一致。

3 采用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差的必要前提

采用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差的必要前提是必要而不充分的，即這個(gè)測量是一個(gè)整體過程，并且從取樣、預(yù)處理樣品、測量儀器的要求與等級(jí)、處理數(shù)據(jù)到最終得出測量估計(jì)值，測量的過程必須符合一定的規(guī)范。另外，測量值在大小上存在很大的不同，但是這種不同并不影響測量結(jié)果中的q和s。假設(shè)Sr與測量所得數(shù)值之間具有一定的關(guān)聯(lián)，假設(shè)是正相關(guān)，就應(yīng)限定一個(gè)測量值范圍，根據(jù)Sr的不同來劃分被測量值的檔次，進(jìn)而作出評(píng)定；也可在每次測量的不同數(shù)值的基礎(chǔ)上，根據(jù)Sr大小的不同，繪制一條曲線。這條曲線的可靠性隨著被測量次數(shù)的增加而提高。

分別測量銻和氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測量的標(biāo)準(zhǔn)差可以不按檔次確定。根據(jù)《氯化鉀》（GB 6549—1996）這一標(biāo)準(zhǔn)，測量氯化鉀中所含水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以4%為界限，劃分出不同的檔次；根據(jù)《輕質(zhì)石油產(chǎn)品中總硫含量測定法》（SH/T 0253—1992），測量輕質(zhì)油中硫含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，檢測結(jié)果根據(jù)含量總數(shù)變化繪制擬合直線；根據(jù)《工業(yè)用裂解碳四的組成測定氣相色譜法》（GB/T 6600—1986），檢測工業(yè)中所用的裂解碳四中的組分，根據(jù)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)繪制出曲線，在此基礎(chǔ)上評(píng)定測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。

4 由介質(zhì)液高度差估算

根據(jù)規(guī)程要求確定不確定度分量，使活塞式壓力機(jī)中的活塞下端與被檢測的器具壓口的中心處與水平面統(tǒng)一。通常情況下，這一要求基本能夠符合被檢送器的尺寸，其中的差距可以忽略不計(jì)，可以不做人為修正。但是不修正相差就會(huì)使誤差被引入，在實(shí)際測量時(shí)也有1 cm的高度差異，導(dǎo)致估算的不確定度分量為 U（h）=0.01/1=0.01 m。

在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc=0.003 0 mA的條件下，輸出電壓估算Ui（y）為0.001 1 mA，vi為11；精密電阻估算Ui（y）為0.001 1 mA，vi為50；活塞壓力計(jì)估算Ui（y）為0.002 5 mA，vi為∞；介質(zhì)液高度差估算Ui（y）為0.000 67 mA，vi為8.

5 結(jié)束語

壓力變送器測量的誤差結(jié)果不確定度是U95=0.006 0 mA，430為有效自由度，上下浮動(dòng)0.032 mA是變送器測量所允許的最大誤差，這與《壓力變送器檢定規(guī)程》（JJG 882—1994）中的要求相符——標(biāo)準(zhǔn)器的選用以及有關(guān)配套的檢定裝置與被檢變送器所規(guī)定的最大誤差相比，其擴(kuò)展不確定度不能超過1/4.

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕