堯禮輝 張貴榮

【摘要】針對(duì)氣體減壓器校準(zhǔn)規(guī)范給出壓力表示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定實(shí)例，結(jié)合氣體減壓器校準(zhǔn)的實(shí)際情況，重點(diǎn)分析了評(píng)定實(shí)例的評(píng)定方法，指出評(píng)定方法的不足，并提出優(yōu)化方法。根據(jù)優(yōu)化后的評(píng)定實(shí)例計(jì)算過程，通過Excel設(shè)計(jì)了自動(dòng)計(jì)算公式，校準(zhǔn)人員只需輸入測(cè)量值和被檢表相關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量不確定度的自動(dòng)計(jì)算，極大地提高了校準(zhǔn)效率。

【關(guān)鍵詞】氣體減壓器；壓力表；測(cè)量不確定度；自動(dòng)計(jì)算

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.063

Evaluation and Automatic Calculation of Measurement Uncertainty ofIndication Error for Gas Pressure Reducer Pressure Gauge

YAO Lihui， ZHANG Guirong

（PLAof 92601， Zhanjiang 524009， China）

Abstract： In view of the measurement uncertainty evaluation example of pressure gauge indication error given in the calibration specifications for gas pressure reducer， combined with the actual situation of gas pressure reducer calibration， the evaluation method of the evaluation example is emphatically analyzed， the shortcomings of the evaluation method are pointed out and the optimization method is put forward. According to the calculation process of the optimized evaluation example， the automatic calculation formula is designed by Excel. The calibrator can realize the automatic calculation of the measurement uncertainty by inputting the measurement value and the information of the pressure gauge， the calibration efficiency is greatly improved.

Keywords： gas pressure reducer； pressure gauge； measurement uncertainty； automatic calculation

0引言

JJF 1328—2011《帶彈簧管壓力表的氣體減壓器校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定，氣體減壓器校準(zhǔn)后需要進(jìn)行壓力表示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定。JJF 1328—2011校準(zhǔn)規(guī)范實(shí)施已有十多年，規(guī)范中給出的評(píng)定實(shí)例與實(shí)際評(píng)定存在較大差異，部分內(nèi)容較難執(zhí)行，需要根據(jù)校準(zhǔn)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

本文基于氣體減壓器校準(zhǔn)的實(shí)際情況，重點(diǎn)分析了JJF 1328—2011校準(zhǔn)規(guī)范中壓力表示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定實(shí)例。我們發(fā)現(xiàn)評(píng)定方法存在一些不足，因而提出了優(yōu)化方案。經(jīng)過優(yōu)化后的評(píng)定實(shí)例計(jì)算，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)計(jì)算公式，通過Excel實(shí)現(xiàn)。校準(zhǔn)人員只需輸入測(cè)量值和被檢表相關(guān)信息即可自動(dòng)計(jì)算測(cè)量不確定度，從而大大減少了校準(zhǔn)人員的工作量，顯著提高了校準(zhǔn)效率。

1評(píng)定實(shí)例分析

校準(zhǔn)人員依據(jù)JJF 1328—2011進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)應(yīng)該遵守其相關(guān)規(guī)定，但實(shí)際開展評(píng)定時(shí)發(fā)現(xiàn)校準(zhǔn)規(guī)范評(píng)定實(shí)例中給出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定方法存在一些不足：有的內(nèi)容不太貼合實(shí)際，在開展校準(zhǔn)時(shí)較難執(zhí)行，增加了評(píng)定難度和工作量；有的不確定度來源在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)有重復(fù)引入，擴(kuò)大了測(cè)量不確定度。這些問題需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使JJF 1328—2011更符合校準(zhǔn)實(shí)際。

1.1評(píng)定實(shí)例中的不足之處

1）個(gè)別語句表述不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)較難執(zhí)行

根據(jù)JJF 1328—2011校準(zhǔn)規(guī)范中“C.2.2被檢表引入的不確定度”的要求，在評(píng)定重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)，評(píng)定實(shí)例選取3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，計(jì)算出單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s，然后任意選取3塊同量程壓力表重復(fù)上述過程。這樣每個(gè)測(cè)量點(diǎn)共得到4個(gè)單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s，計(jì)算它們的合成樣本差sp，將sp作為重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，任意選取3塊同量程的壓力表計(jì)算合成樣本差sp的做法存在以下幾點(diǎn)不足。

一是單塊壓力表不像被校氣體減壓器那樣可以與校準(zhǔn)裝置有效連接而實(shí)現(xiàn)整體校準(zhǔn)，如果只是任意選取3塊同量程的壓力表而不是任意選取3塊同量程壓力表的氣體減壓器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，那么這必然導(dǎo)致單塊壓力表的校準(zhǔn)與被校氣體減壓器的校準(zhǔn)不一致，計(jì)算得到的單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s不符合重復(fù)性要求。

二是在實(shí)際校準(zhǔn)過程中，每次校準(zhǔn)都需要尋找3個(gè)同量程壓力表的氣體減壓器，然而，實(shí)際執(zhí)行起來有較大難度。由于被校氣體減壓器的壓力表量程是不確定的，低壓表和高壓表的量程有多種可能，這就要求計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)需要提前備好多種量程壓力表的氣體減壓器供選擇，無形之中增加了計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的管理難度和成本，造成實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)較難執(zhí)行該項(xiàng)要求。

三是如果再選擇3個(gè)同量程壓力表的氣體減壓器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，且每個(gè)氣體減壓器又有1塊高壓表和1塊低壓表，每個(gè)點(diǎn)都需要進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，那么完成整個(gè)校準(zhǔn)過程需要進(jìn)行240次測(cè)量。由于測(cè)量數(shù)據(jù)量大，這可能會(huì)影響整個(gè)校準(zhǔn)效率。

四是被校氣體減壓器的壓力表重復(fù)性不確定度主要由壓力表本身性能、校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法等因素決定，與其他同量程氣體減壓器的壓力表關(guān)系不大，尤其是來自不同廠家生產(chǎn)或不同批次的壓力表。與其他氣體減壓器同量程的壓力表計(jì)算合成樣本偏差會(huì)擴(kuò)大或減少影響，這樣反而不能真實(shí)反映重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度重復(fù)計(jì)算

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算，評(píng)定實(shí)例將重復(fù)性和被校表讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量作為兩項(xiàng)獨(dú)立的來源計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。當(dāng)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試時(shí)，重復(fù)測(cè)量的值是在被校表上估讀得到的。實(shí)際上，被校表讀數(shù)誤差引入的不確定度已經(jīng)在重復(fù)性上得到體現(xiàn)，如果再將被校表讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定作為一項(xiàng)獨(dú)立的來源，將會(huì)導(dǎo)致合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度偏大，不能真實(shí)反映最后的測(cè)量不確定度。

1.2優(yōu)化方法

1）針對(duì)“任意選取3塊同量程的壓力表”實(shí)際校準(zhǔn)較難執(zhí)行的問題。測(cè)量誤差是以輕敲后升壓或降壓的測(cè)量值計(jì)算得到，并以升壓或降壓的較大誤差作為該點(diǎn)的測(cè)量誤差，而不是以兩者的平均值作為測(cè)量結(jié)果，因而在對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量后，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s，直接將s作為重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量也完全能反映出該點(diǎn)的重復(fù)性。

2）針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度重復(fù)計(jì)算的問題。因?yàn)楸恍１碜x數(shù)誤差引入的不確定度已經(jīng)在重復(fù)性上得到體現(xiàn)，所以在計(jì)算被校表讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定后，比較兩者值的大小，將兩者較大值作為被校表引入的不確定度。

2自動(dòng)計(jì)算設(shè)計(jì)

進(jìn)行氣體減壓器校準(zhǔn)時(shí)，高壓表和低壓表每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都要給出測(cè)量不確定度，如果只是人工計(jì)算，整個(gè)過程計(jì)算量較大，而且容易出錯(cuò)。校準(zhǔn)人員可以通過Excel設(shè)計(jì)自動(dòng)計(jì)算公式，計(jì)算時(shí)只需輸入測(cè)量值和被檢表相關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量不確定度的自動(dòng)計(jì)算，大大提高了校準(zhǔn)效率。

2.1公式設(shè)計(jì)

為了便于說明，這里選用一個(gè)按Q/JBMP6標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的氣體減壓器（高壓表25 MPa，額定進(jìn)口壓力p1為15 MPa；低壓表0.25 MPa，額定出口壓力p2為0.15 MPa）作為被校對(duì)象。自動(dòng)計(jì)算公式界面如圖1所示。

計(jì)算公式界面列項(xiàng)要素包括標(biāo)準(zhǔn)不確定分量（重復(fù)性、被校表讀數(shù)誤差、標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定）、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。行項(xiàng)要素包括不確定度來源、類別、高壓表和低壓表。淺色區(qū)域是數(shù)值輸入?yún)^(qū)，白色區(qū)域是公式設(shè)計(jì)區(qū)，深色區(qū)域是結(jié)果區(qū)。

這里以高壓表的5 MPa點(diǎn)對(duì)應(yīng)的行（見圖1行號(hào)6）說明計(jì)算公式的設(shè)計(jì)方法。如表1所示，在對(duì)應(yīng)的單元格輸入相應(yīng)的公式代碼。其他測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式通過下拉鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)制。

2.2使用說明

如圖1所示，自動(dòng)計(jì)算公式界面分為3個(gè)區(qū)域，分別用淺色、白色和深色標(biāo)記。淺色區(qū)域是數(shù)值輸入?yún)^(qū)，校準(zhǔn)人員將重復(fù)性測(cè)量值、被校表信息和標(biāo)準(zhǔn)器信息輸入至該區(qū)域。白色區(qū)域是公式設(shè)計(jì)區(qū)，會(huì)根據(jù)深色區(qū)域的輸入值自動(dòng)計(jì)算并顯示計(jì)算結(jié)果。深色區(qū)域是結(jié)果區(qū)，顯示測(cè)量不確定度的計(jì)算值。通過Excel設(shè)計(jì)自動(dòng)計(jì)算公式，校準(zhǔn)人員只需在淺色區(qū)域輸入測(cè)量值和被檢表相關(guān)數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，大大減少了校準(zhǔn)人員的計(jì)算量，極大地提高了校準(zhǔn)效率。

對(duì)高壓表或低壓表完成升壓和降壓校準(zhǔn)后，接著進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試。實(shí)際測(cè)試時(shí)可以對(duì)每塊壓力表的校準(zhǔn)點(diǎn)按升壓和降壓重復(fù)校準(zhǔn)4次，這樣每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)共得到10個(gè)測(cè)量值，也可以在重復(fù)性測(cè)量條件下對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行10次升壓重復(fù)測(cè)量，避免校準(zhǔn)完成后重復(fù)拆裝氣體減壓器而影響校準(zhǔn)效率。

3結(jié)束語

優(yōu)化后的評(píng)定實(shí)例計(jì)算過程可以通過Excel實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，操作簡(jiǎn)單，使用方便。校準(zhǔn)人員只需輸入測(cè)量值和被檢表相關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量不確定度的自動(dòng)計(jì)算，這不僅減少了校準(zhǔn)人員的計(jì)算量，還極大地提高了校準(zhǔn)效率。通過優(yōu)化和改進(jìn)氣體減壓器用壓力表示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定實(shí)例的不足之處，不但使校準(zhǔn)規(guī)范更加貼近校準(zhǔn)實(shí)際，而且評(píng)定得到的測(cè)量不確定度更加真實(shí)，值得校準(zhǔn)人員參考和借鑒。

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【作者簡(jiǎn)介】

堯禮輝，男，1983年出生，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)榱W(xué)、電學(xué)計(jì)量。

（編輯：李加鵬）