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)
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。
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。
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。
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
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.
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[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.