彈性元件式壓力表示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

王建平，施勝，杜金平，孔慶有

(沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所測試計(jì)量中心，遼寧沈陽110015)

0 引言

不確定度是表示測量結(jié)果分散性的參數(shù)，不能用來修正測量結(jié)果。不確定度越小，所述結(jié)果與被測量真值愈接近，其使用價(jià)值越大。不確定度越大，所述結(jié)果與被測量真值愈遠(yuǎn)，其使用價(jià)值也越小。在測量結(jié)果報(bào)告中一般都給出對應(yīng)的不確定度;一方面便于使用者評定其測量結(jié)果的可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測量結(jié)果之間的可比性。以往對不確定度評定:只研究一個(gè)檢定點(diǎn)，然后以點(diǎn)帶面對所測量范圍進(jìn)行推斷評定，這樣的檢測結(jié)果對其它測量點(diǎn)有一定的局限性。本文選定準(zhǔn)確度等級為1.6級，測量范圍為0～1.6 MPa壓力表進(jìn)行全量程檢定，測量所有檢定點(diǎn)的誤差并計(jì)算所有檢定點(diǎn)的測量結(jié)果的不確定度，這種方法是對以往不確定度評定的一種全新的嘗試。

1 檢定條件

所需儀器儀表:①0.05級二等活塞式壓力計(jì)一臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)，測量范圍0.1～6 MPa;②準(zhǔn)確度等級1.6級壓力表一塊，要求測量范圍0～1.6 MPa;③溫濕度計(jì)一個(gè)，滿足環(huán)境溫度(20±5)℃，相對濕度小于85%。

測量方法:根據(jù)流體靜力學(xué)原理，采用直接比較法進(jìn)行操作。

檢定方法:將壓力表與二等活塞壓力計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)器)相連接，對測量系統(tǒng)進(jìn)行加壓，當(dāng)活塞系統(tǒng)達(dá)到相對平衡時(shí)，分別讀取活塞壓力和壓力表的示值，被測壓力表的示值與活塞壓力計(jì)的壓力值之差即為壓力表的示值誤差。

2 不確定度評定

2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定數(shù)學(xué)模型為

式中:Δp為被測壓力表的示值誤差;p為被測壓力表的示值;ps為二等活塞壓力計(jì)產(chǎn)生的壓力值。

1)測量重復(fù)性引起的不確定度分量u1

測量重復(fù)性引起的不確定度屬于A類評定，根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》，對壓力表4個(gè)有刻度測量點(diǎn)示值各進(jìn)行2次測量，測量結(jié)果取2次讀數(shù)的算術(shù)平均值。當(dāng)測量次數(shù)較少時(shí)，采用極差法計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差

式中:s為單次測量的標(biāo)準(zhǔn)差;pmax為測量結(jié)果的最大值;pmin為測量結(jié)果的最小值;C為極差系數(shù)。

算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

因此

測量結(jié)果見表1，極差系數(shù)見表2。

表1 檢定結(jié)果MPa

表2 極差系數(shù)

用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)偏差為

由于0.8 MPa點(diǎn)回程誤差為零，此點(diǎn)用最小分度值的估讀值表示。

2)二等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)的活塞下端面與壓力表指針軸之間的高度差，引起液位差的不確定度分量u2

3)二等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)器)引入的不確定度分量u3

4)檢定溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏差產(chǎn)生的不確定度分量u4

檢定的環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度相差不大，每1℃溫度改變引起壓力值變化約為0.0004 MPa，故可以忽略環(huán)境溫度對不確定度的影響。

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

2.3 計(jì)算擴(kuò)展不確定度U

3 分析測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度公式表示為

式中:Y為被測量的測量結(jié)果;y為被測量的最佳估計(jì)值;U為測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度;k為包含因子。取一位有效數(shù)字，則

4 結(jié)論

0.8 MPa檢定點(diǎn)，升壓與降壓平均值與標(biāo)準(zhǔn)器壓力值相等，示值誤差為0.00 MPa，其擴(kuò)展不確定為0.01 MPa，在其它檢定點(diǎn)示值誤差均為0.01 MPa，其擴(kuò)展不確定也是0.01 MPa。由此可以推斷出，壓力表“量程”越大對測量結(jié)果不確定度影響越小，“量程”越小對測量結(jié)果不確定度影響越大。這次選定的準(zhǔn)確度等級為1.6級，量程范圍0～1.6 MPa壓力表的測量結(jié)果不確定度對所測量的示值誤差影響度有限。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 52-2013彈性元件式一般壓力表，壓力真空表和真空表［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2013.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2012.

［3］王建平.對KYB-18G壓力變送器不同的檢定方法的分析比較［J］.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2010(1):28-29，47.

［4］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 49-2013彈性元件式精密壓力表和真空表［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2013.

［5］遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院.壓力表使用與維修［M］.2003.