(大竹縣計量測試所 四川 達(dá)州 635000)

(0-6)MPa壓力表示值誤差測定值的不確定度評價

唐定波冷中成

(大竹縣計量測試所四川達(dá)州635000)

一、概述

1.評定依據(jù)：JJG52—2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》。

2.環(huán)境條件：溫度(20±5)℃；相對濕度：不大于85%。測量標(biāo)準(zhǔn)與被測對象在此環(huán)境下恒溫2h以上。

3.測量標(biāo)準(zhǔn)：二等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計，測量范圍：(0～6)MPa；準(zhǔn)確度等級：0.05級。

4.被測對象：密壓力表，測量范圍：(0～4)MPa；廠家：中航儀表廠；準(zhǔn)確度等級：0.25級，最小分度值為0.02MPa。

5.測量方法

在環(huán)境條件下靜止至少2h后，將壓力表裝在二等活塞壓力計上，從零點均勻換緩慢地加壓至第1個檢定點，然后讀取被檢表的示值(按分度值的1/5估讀)，接著用手輕敲一下表殼，再讀取被檢表的示值并記錄，輕敲前、后被檢表與標(biāo)準(zhǔn)示值之差即為該檢定點的示值誤差。

6.評定結(jié)果的使用：符合上述條件下的測量結(jié)果,一般可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。

二、數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測量方法建立如下數(shù)學(xué)模型：△P=Pm-Ps

式中：△P—被測壓力表的示值誤差，MPa；Pm—被測壓力表的指示值，MPa；Ps—二等活塞壓力計的標(biāo)準(zhǔn)壓力值，MPa。

三、壓力表示值誤差測量結(jié)果的不確定度來源

在對壓力表示值誤差測量值分析判定的不確定度來源有：測量重復(fù)性影響，測量時分度值影響，表指針軸與下端面高度差影響，測量環(huán)境條件影響。

測量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度帶來不確定來源有：標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度影響，活塞垂直度影響，環(huán)境溫度對標(biāo)準(zhǔn)器影響，空氣浮力影響。

由于測量時活塞桿、活塞缸均為碳化鎢制造，線膨脹系數(shù)僅為4.5×10-7，故環(huán)境溫度對標(biāo)準(zhǔn)器影響引入的不確定度可忽略不計。由于測量壓力較大，故空氣浮力和表指針軸與下端面高度差影響引入的不確定度也可忽略不計。因此，壓力表示值誤差測量結(jié)果的不確定度來源主要由以下分量組成：①被測精密壓力表的重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，采用不確定度A類評定方法；②測量壓力表時分度值引起的不確定度分量，采用不確定度B類評定方法；③測量標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，采用不確定度B類評定方法；④測量標(biāo)準(zhǔn)器的活塞垂直度影響引起的不確定度，采用不確定度B類評定方法。

四、輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

(一)輸入量Pm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(Pm)評定

1.被測精密壓力表的重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(Pm)(采用A類評定方法)，可以通過連續(xù)測量得到測量值。

復(fù)性條件下，在精密壓力表2.0MPa處連續(xù)測量10次，得到測量列為：2.008，2.008，2.008，2.006，2.008，2.008，2.006，2.008，2.006，2.008(MPa)。

經(jīng)計算，壓力表示值的算術(shù)平均值為：2.0074MPa；單次實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差si=0.000966MPa；

當(dāng)任意選取3只同等條件的壓力表，在同樣檢定點重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，共得到3組測量列，每組測量列分別按照上述方法計算單次標(biāo)準(zhǔn)偏差如表1所示：

表1 m組實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差計算結(jié)果

合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp=0.000976MPa，自由度為：v1=3×(10-1)=27。

2.測量壓力表時分度值引起的不確定度u2(Pm)(采用B類評定方法)。

3.輸入量Pm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(Pm)評定

(二)輸入量Ps的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(Ps)評定

1.測量標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(Ps)(采用B類評定方法)

2.測量標(biāo)準(zhǔn)器的活塞垂直度影響引起的不確定度u2(Ps)(采用B類評定方法)

3.輸入量Ps的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Ps)的評價

估計△u2(Pm)/u2(Pm)為0.10，則自由度v2=50。

五、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評價

(一)靈敏系數(shù)

測量模型：△P=Pm-Ps

靈敏系數(shù)為：c1=△P/Pm=1；c1=△P/Ps=-1。

(二)標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Pi)不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度(MPa)ci|ci|u(Pi)viU(Pm)輸入量Pm的不確定度評定0.0015110.0015127u1(Pm)壓力表的重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.00097627u2(Pm)測量壓力表時分度值引起的不確定度0.00115U(Ps)輸入量Ps的不確定度評定0.000902-10.00090250u1(Ps)標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.000577u2(Ps)標(biāo)準(zhǔn)器的活塞垂直度影響引起的不確定度0.000693

(三)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

(四)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度

Veff=0.001764/{【0.001514/27】+【0.0009024/50】}=295

為方便使用，Veff可以近似為100，對結(jié)果不會有多大影響。

六、擴展不確定度的評價

包含信率P=95%，查t分布表得到包含因子kp=t95(100)=1.984；擴展不確定度為：Up=1.984×0.00176MPa=0.00349MPa≈0.004MPa。

七、測量不確定度的報告與表示

壓力表示值誤差測量值的不確定度報告與表示如下：

Up=0.004MPa，uc(△P)=0.00176MPa，kp=1.984，P=95%，Veff=100.

八、評價結(jié)果的符合性

在符合上述條件下的測量結(jié)果評定，根據(jù)制造商對壓力表給出的技術(shù)指標(biāo)測量不確定度為0.25級；最大允許誤差：△=±0.25%×4MPa=±0.01MPa。故U<1/3MPEV，說明此測量與評價方法是合理的。使用本不確定度的評價結(jié)果是可行的。也可適用于壓力表計量比對結(jié)果的報告。