影響數字壓力計的示值誤差測量不確定度因素分析

邵俊杰（常熟市計量測試所，江蘇 常熟215500）

影響數字壓力計的示值誤差測量不確定度因素分析

邵俊杰
（常熟市計量測試所，江蘇 常熟215500）

在使用數字壓力計時，必須要定期校準，以確保得到的信息數據準確無誤，不影響后期數據的應用。但因數字壓力計的示值誤差是無法有效避免的，特別是針對準確度和穩(wěn)定性都非常差的數字壓力計，非常容易受到其他方面的原有導致其因此產生誤差，針對該情況，通常我們必須運用相對比較法來實施有效測量，本文重點對這種方法的運用方法所引起的不確定度進行探討。

數字壓力計；不確定度；相對分析法；示值誤差

1　數字壓力計示值誤差測量不確定度影響因素分析

1.1數字壓力計的長期穩(wěn)定性導致的不確定度

在數字壓力計衡量指標中，長期穩(wěn)定性是非常重要的一項指標，其對數字壓力計的示值誤差不確定性有著非常大的影響。如果一種數字壓力計的長期穩(wěn)定性非常好，那么即使它的極限誤差較差，也還是能夠進行定點修正使用的。

但如果該數字壓力計的長期穩(wěn)定性較差，那么無論其他指標再優(yōu)良，它也不能夠再繼續(xù)正常使用了。因此，在進行數字壓力計的示值誤差測量不確定度的研究中，必然是要考慮長期穩(wěn)定性因素的，在本文中設其為不確定度分量u1。

1.2示值多次重復性檢測導致的不確定度

這里所指的測量重復性，主要是指在檢測條件完全相同的情況下，對同一個測定對象進行連續(xù)多次的測定，而采取多種檢測手段所能夠獲得的檢測結果之間也存在一定的差異，而這種情況我們就將其稱為測量結果的重復性。

簡單來說，就是盡可能地在確保檢測程序、儀器、人員等條件相同的情況下，在同一個環(huán)境下，重復多次對相同的測定對象進行反復檢測，并對多次測定結果進行對比，觀察其一致性，但在實際操作過程中，其往往會存在相應的偏差，從而致使數字壓力計因此發(fā)生相應的偏差，并因此引起誤差測量的不確定度。本研究通過反復多次的測定后，不確定度詳見表1。

表1　由示值多次重復性測量導致的不確定度分量U2

1.3數字壓力計的分辨率導致的不確定度

數字壓力計的分辨率也可以表示成數字壓力計的精確度值，它是數字壓力計所能表示出的最小數值單位，主要是指在數字壓力計表盤中所顯示的數字中，最后一個所代表的值。若被測定的對象，其所測定的對象變化量若比數字壓力計的分辨率更低，即可表明數字壓力計最后一位數字并不會因此發(fā)生任何改變，還是用于對原來的數值作出相應的指示。

針對不同的數字壓力計其分辨率自然有明顯的不同，而分辨率的差異也必然會給數字壓力計的示值誤差測量不確定帶來不同的影響。而因數字壓力計輸出端所產生的可測變化量達到最低時，則需要對輸入量值進行測定，簡單來說就是分辨率趨近于零點周圍，從而致使數字壓力計示值無法更為準確地作出相應的反應，從而能夠更好的反映出被測對象，從而使得數字壓力計測定結果因此受到影響，發(fā)生不確定度，設其為不確定度分量u3。

1.4介質高度差導致的不確定度

介質高度差也會對壓力計的示值誤差測量不確定度帶來不同程度的影響，若兩個數字壓力計未處在一個相同的高度上，其就會因此存在相應的高度差，從而致使這個介質高度差受到影響，致使測定結果誤差值更大。根據《數字壓力計》中相關要求，因介質高度差所造成的示值誤差，若與數字壓力計所允許的誤差值百分之十更大，那么表明其不符合規(guī)定，這就需要及時對示值誤差作出相應的調整。設由介質高度差導致的不確定度分量為u4。

1.5環(huán)境溫濕度變化導致的不確定度

由于數字壓力計中使用了敏感元件作為傳感器的感受器，而敏感元件往往都會受到外界環(huán)境溫濕度的一定影響，進而影響到傳感器的性能，使數字壓力計的示值測量出現誤差。因此，數字壓力計必須要具備溫濕度影響的技術指標?，F在，絕大部分的廠家為了使數字壓力計示值誤差受到的特定環(huán)境中溫濕度變化的影響降到最低，都已經對溫濕度變化對數字壓力計壓力量值的影響進行了補償修正。

一般情況下，數字壓力計都會限定出一定的使用環(huán)境溫濕度范圍，只有在符合該條件的環(huán)境中使用，才被認定數字壓力計受到環(huán)境溫濕度變化影響而產生的示值誤差不確定度是非常小的。而對于超出所規(guī)定的溫濕度范圍的情況，廠家通常會給出數字壓力計產生的測量不確定度的相關標準。對于本文討論的數字壓力計具有溫度補償功能，此次測量環(huán)境溫濕度范圍為18 ℃～ 22 ℃，56 % RH，故在該溫濕度范圍內，數字壓力計產生的不確定度分量十分小，可以不予考慮。

1.6活塞式壓力計標準裝置傳遞誤差導致的不確定度

活塞式壓力計標準裝置都具有一個最大允許誤差標準，該最大允許誤差是由上級檢定部門出具的檢定證書來評定，當測量范圍在0-2MPa時，給出的最大允許誤差值為- 0.02 % ～ + 0.02 %，服從均勻分布，取k=3^0.5 ，采用B類方法進行評定。設活塞式壓力計標準裝置傳遞誤差導致的不確定度分量為U5。

2　實測數據分析

2.1數字壓力計的示值誤差測量不確定度分量

通過對上述討論進行綜合分析，可對數字壓力計示值誤差造成影響的因素非常多，包括了六點，其中有重復性檢測、穩(wěn)定性、分辨率、環(huán)境濕度變化、高度差以及活塞式配置。就本研究中所提出的數字壓力計來說，示值誤差不確定度詳見表2。

表2　數字壓力計的示值誤差測量不確定度分量

2.2合成標準不確定度

根據上表中的數字壓力計示值誤差測量不確定度分量數值，合成標準不確定度表達式為：Ue=（U1^2+U2^2+U3^2+U4^2+U5^2）^0.5，結果如下表3。

表3　合成標準不確定度

2.3擴展不確定度

由于0.05級數字壓力計的測量結果包含因子k=2，U=2Ue，故對其進行擴展，結果如下表4：

表4　擴展不確定度

3　結語

通過本文的研究得出，影響數字壓力計示值誤差程度的因素非常多，具體包含了數字壓力計的長期穩(wěn)定性、示值多次重復性檢測、數字壓力計的分辨率、介質高度差、環(huán)境溫濕度變化、活塞式壓力計標準裝置傳遞誤差等6個方面的內容。在運用數字壓力計進行測量時，除了要考慮到這些影響因素，還必須要定期的校準數字壓力計，以確保得到的信息數據準確無誤，不影響后期數據的應用。

［1］李海兵，卓華.0.05級數字壓力計示值誤差測量結果不確定度評定［J］.計量與測試技術，2013，40（10）：47-48.

［2］鄭尚榜.數字壓力計的示值誤差測量不確定度研究［J］.廈門科技，2015（05）：57-59.

［3］李世巖.0.05級及以下全量程數字壓力計示值誤差測量值的不確定度評定［J］.計量與測試技術，2015（09）：68-69，72.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.117