鄭尚榜

一般壓力表量值比對示值測量結(jié)果不確定度評定

鄭尚榜

測量方法

依據(jù)JJG 52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》和《2014年福建省壓力表量值比對實(shí)施方案》，在規(guī)定的環(huán)境條件下，將被測壓力表垂直安裝在標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)的被測壓力表接頭上，盡量使被測和活塞壓力端面處于相同水平，密封無泄漏。根據(jù)比對要求，對測量范圍分別為(0～2.5)MPa、(0～25)MPa的壓力表，比對測量壓力點(diǎn)分別為2MPa、20MPa。其中：

1.測量標(biāo)準(zhǔn)：0.05級活塞式壓力計(jì)，測量范圍分別為(0.1～6)MPa、(1～60)MPa。

2.測量對象：1.6級彈性元件式一般壓力表，測量范圍分別為(0～2.5)MPa、(0～25)MPa；分度值分別為0.05MPa、0.5MPa。

3.測量環(huán)境條件：溫度（20±5）℃，濕度≤85% RH。

數(shù)學(xué)模型

式中：

Y——被測壓力表示值測量結(jié)果(MPa);

P——被測壓力表示值(MPa)。

方差和傳播系數(shù)

傳播系數(shù)：

設(shè)：

則方差：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

影響被測壓力表示值的不確定度來源包括：被測示值的重復(fù)性、讀數(shù)誤差（或讀數(shù)分辨力）、被測表中心軸與標(biāo)準(zhǔn)器測壓點(diǎn)（即活塞壓力計(jì)活塞的下端面）高度差、0.05級標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)誤差。

1．測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1（P）

分別將(0～2.5)MPa被測表在2Mpa壓力點(diǎn)、(0～25)MPa被測表在20MPa壓力點(diǎn)重復(fù)測量10次，測量結(jié)果和重復(fù)性引入的不確定分量計(jì)算如下表所示：

表2 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1（P）

2．被測壓力表讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（P）

根據(jù)《規(guī)程》，被測壓力表的讀數(shù)按分度值的五分之一進(jìn)行估讀，存在0.1分度值的讀數(shù)差異，按均勻分布評估，則其半寬分別為 0.005MPa、0.05MPa，因此讀數(shù)帶來的不確定度分量為：

表3 被測壓力表讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（P）

由于讀數(shù)誤差即讀數(shù)分辨力對測量重復(fù)性存在影響，根據(jù)《JJG 1033-2008》C.1.4條款，讀數(shù)分辨力和測量重復(fù)性只取最大的不確定度分量，由上面的重復(fù)性測量結(jié)果知道，重復(fù)性引入的不確定分量u1（P）比讀數(shù)誤差引入的不確定度分量u2（P）小，故合成不確定度只考慮讀數(shù)誤差引入不確定度分量u2（P），不考慮重復(fù)性引入的不確定度分量u1（P）。

（3）被測壓力表和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)高度差引入的不確定度u3（P）

被測表中心軸與標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)的活塞下端面高度差，不會(huì)完全處于同一水平面上，但它們之間的高度差不會(huì)超過h=5cm，則被測壓力表和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)高度差引起的壓力影響為：

上式ρ為壓力介質(zhì)密度，取860kg/m3；g為本地重力加速度，取9.8m/s2。按均勻分布計(jì)算，則高度差引入的不確定度分量u3（P）為：

表4 被測壓力表和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)高度差引入的不確定度u3（P）

4．環(huán)境溫度偏差引入的不確定度u4（P）

《規(guī)程》規(guī)定，測量時(shí)環(huán)境溫度為（20±5）℃，不同的環(huán)境溫度將對測量結(jié)果造成影響，根據(jù)有關(guān)資料，彈簧管式壓力表受環(huán)境溫度影響的溫度系數(shù)可取為0.04%/℃，以20℃為基準(zhǔn)溫度，本次測量實(shí)際環(huán)境溫度為24℃，則可能導(dǎo)致的示值變化范圍為：±0.04%P/℃×4℃＝0.16%P，按均勻分布計(jì)算不確定度分量，則有：

表5 環(huán)境溫度偏差引入的不確定度u4（P）

5．0.05級活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度分量u5（P）

標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)的精度等級為0.05級，按均勻分布計(jì)算，有

故：

表6 0.05級活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度分量u5（P）

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于數(shù)學(xué)模型很簡單，各不確定度分量的靈敏系數(shù)均認(rèn)為1，并忽略重復(fù)性引入的不確定度分量，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

擴(kuò)展不確定度

取k=2，并根據(jù)《比對方案》的有效位數(shù)規(guī)定，被測壓力表示值誤差的擴(kuò)展不確定度U為：

表8 擴(kuò)展不確定度

測量結(jié)果不確定度的報(bào)告與表示

依據(jù)不確定度的修約規(guī)則，有：

（1）2MPa測量點(diǎn)：測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為0.01MPa，包含因子 。

（2）20MPa測量點(diǎn)：測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為0.1MPa，包含因子 。

（作者單位：廈門市計(jì)量檢定測試院）

[1]JJF 1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[2]JJF 1094-2002，測量儀器特性評定[S].