關(guān)于壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度評(píng)定的研究

石玉香 薛方凝

摘要：工作計(jì)量器具在計(jì)量數(shù)值時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，而這種誤差對(duì)計(jì)量數(shù)值的準(zhǔn)確性和可靠性具有極大的影響，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用也會(huì)造成不良影響。本文對(duì)壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度評(píng)定進(jìn)行了分析，分析了測(cè)量誤差的不確定性，希望可以為壓力測(cè)量數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化提供幫助。

關(guān)鍵詞：壓力計(jì)量;標(biāo)準(zhǔn)誤差;測(cè)量數(shù)值;不確定度

前言：

壓力變送器是測(cè)量壓力值的主要工具，其測(cè)量對(duì)象包括靜態(tài)壓力也包括動(dòng)態(tài)壓力。這種測(cè)量工具在控制系統(tǒng)與測(cè)量工程當(dāng)中的應(yīng)用非常普遍，在高壓、高溫環(huán)境中也可以正常運(yùn)行。為了要進(jìn)一步提升壓力測(cè)量值的準(zhǔn)確性，我們需要對(duì)壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度進(jìn)行研究，打造更加安全的儀器運(yùn)行環(huán)境。

1測(cè)量誤差種類

1.1系統(tǒng)誤差

工作人員在同一條件下對(duì)壓力表進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生計(jì)算誤差，而測(cè)量結(jié)果的平均值與被測(cè)量真值之間也會(huì)存在誤差。

1.2隨機(jī)誤差

如果在重復(fù)條件下，對(duì)同一量進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，而所得結(jié)果的平均值與測(cè)量結(jié)果就可能存在誤差，這種誤差被稱作隨機(jī)誤差。

1.3計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差來(lái)源

相比于系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差來(lái)源更為廣泛，而且產(chǎn)生誤差的幾率更大。其中包含以下四個(gè)方面：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差，這是由于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量附件、配套設(shè)備出現(xiàn)誤差，而導(dǎo)致的測(cè)量誤差;環(huán)境誤差，主要是受設(shè)備所處的具體環(huán)境影響，環(huán)境的溫度、濕度、氣壓和外磁場(chǎng)都可能會(huì)引起誤差;人員誤差，這種誤差的出現(xiàn)主要是測(cè)量人員在觀測(cè)、讀取數(shù)據(jù)時(shí)，因受到主觀影響而產(chǎn)生誤差，影響最終的測(cè)量結(jié)果;方法誤差，在計(jì)量時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的計(jì)量方法和計(jì)算方法，如果選擇的方法有誤那么得到的計(jì)量數(shù)據(jù)也會(huì)有問題，自然會(huì)產(chǎn)生誤差[1]。

2計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差及不確定度評(píng)定

2.1計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境條件

活塞式壓力機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)是三級(jí)，而這種壓力計(jì)的及測(cè)量保持在1～60Mpa之間，專用砝碼的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量應(yīng)該是59kg。同時(shí)，其中的藥用蓖麻油酸值不大于1.6mg/g，而且需要對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)試。其中，工作的室內(nèi)溫度應(yīng)該控制在20±5℃范圍內(nèi)，而相對(duì)濕度也應(yīng)該控制在85%以下。

在進(jìn)行壓力計(jì)量誤差和測(cè)定不確定度評(píng)定時(shí)，需要對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行有效的控制?？刂茦?biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守國(guó)家要求，以JG52-2013檢定規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效控制。具體數(shù)據(jù)可以參考表1：

2.2測(cè)量重復(fù)性測(cè)試

這一環(huán)節(jié)需要選擇一直壓力表，并在相同的檢測(cè)環(huán)境下，對(duì)任一壓力值進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，然后將測(cè)試結(jié)果記錄在案。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，算出測(cè)量平均值，然后利用公式計(jì)算重復(fù)性。

舉例：任選一個(gè)0～40MPa、分度值為0.5MPa的壓力表，在同等條件下，對(duì)40MPa進(jìn)行10次檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。其中Xi表示每一次的測(cè)得值，而X則表示每次測(cè)得值的平均值，在計(jì)算裝置重復(fù)性時(shí)，不僅需要記錄每次的檢測(cè)數(shù)據(jù)看，還需要根據(jù)重復(fù)測(cè)定次數(shù)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

那么根據(jù)公式我們可以進(jìn)行計(jì)算，每次測(cè)得平均值為40.0MPa，經(jīng)計(jì)算該裝置重復(fù)性為0.04MPa。

2.3測(cè)量不確定度評(píng)定

測(cè)量不確定度評(píng)定，可以先選擇一塊1.6級(jí)，0～6MPa、分度值為0.2MPa的壓力表作為研究對(duì)象。那么我們可以先對(duì)樣品進(jìn)行分析。這只壓力表在6MPa點(diǎn)上的變化最大，其上下行程為：6.04、6.03、60.7、6.09、6.03、6.06、6.03、6.01、6.05、6.08，那么根據(jù)計(jì)算可以得出測(cè)量平均值為6.049MPa。套用公式計(jì)算后可知該裝置重復(fù)性為5.0×10-4，所以不確定度為0.83×10-4。

除此之外，還需要根據(jù)JG52-2013的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)溫度引起的誤差進(jìn)行計(jì)算;同時(shí)還需要運(yùn)用公式，計(jì)算輕巧位移變動(dòng)量引起的誤差，并且判斷它們是否服從均勻分布。測(cè)算人員還應(yīng)該根據(jù)已知數(shù)值，對(duì)誤差引起的變動(dòng)量、數(shù)據(jù)修約取舍誤差和標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的影響量進(jìn)行估讀，其中每一個(gè)誤差值和變量在計(jì)算完成都需要比照J(rèn)G52-2013的標(biāo)準(zhǔn)，判斷他們是否服從正態(tài)均勻分布，然后合成不確定度[2]。計(jì)算時(shí)需要利用此前測(cè)量和估讀的所有誤差變量數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)公式進(jìn)行演算，之后擴(kuò)展其不定度。根據(jù)上文所舉實(shí)例的數(shù)據(jù)可知，該裝置的擴(kuò)展不定度為0.078%，那么它的不確定度評(píng)定為6，評(píng)定結(jié)果為合理。

對(duì)壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度評(píng)定的研究，需要進(jìn)行多次的數(shù)據(jù)采集和分析，在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，需要嚴(yán)格的按照公式計(jì)算。并且，必須滿足技術(shù)指標(biāo)，測(cè)試環(huán)境也需要達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，這樣獲取的各項(xiàng)參數(shù)才具有意義。在研究過(guò)程當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)人員一定要確保采集的樣本數(shù)據(jù)真實(shí)有效，同時(shí)也應(yīng)該選取符合測(cè)試規(guī)定的壓力表作為研究對(duì)象，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)和計(jì)算，對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行分析和評(píng)定，實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)。

結(jié)論：綜上所述，在評(píng)定壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差和測(cè)量不確定度時(shí)，需要進(jìn)行樣本的采集。實(shí)踐當(dāng)中，通過(guò)采樣、預(yù)處理樣品、測(cè)量以及處理所得數(shù)據(jù)，才可以真正得出結(jié)果，其中每一次測(cè)量都需要謹(jǐn)慎對(duì)待，要保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。評(píng)定的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須按照嚴(yán)格的規(guī)范執(zhí)行，這樣才可以保證測(cè)量值具有有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱惠青.壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度評(píng)定[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2017，44（11）：96-97.

[2]高楠.壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差與測(cè)量不確定度評(píng)定[J].科技與創(chuàng)新，2015（17）：105+108.

作者簡(jiǎn)介：

石玉香（1986.01.17），女，籍貫：山西大同，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向或?qū)I(yè)：壓力計(jì)量專業(yè)。