1.6级弹簧管式压力表测量不确定度评定

0 引言

在工业生产中，压力是一个重要的参数。以高压容器为例，当其压力超出额定值时，便会有危险，需要对其进行有效的控制。在一些工业企业，产品质量以及生产效率等都会在很大程度上受到压力的影响。而压力表利用弹性敏感原件在压力的作用下产生弹性变形，通过传动机构放大，由指针在分度盘上指示被测压力，能直观地显示出压力的实时变化，在防范事故、保障人身安全的过程中发挥着非常重要的作用。测量不确定度指的是测量结果的可信度。因为在测量的过程中会出现误差，准确度不会达到100%。不确定度越小，表示测量的结果越接近其真值，使用的价值也就越高；另一方面，也表示了一定的高测量水平。在对相关的物理量进行测量时，不确定度是必须要进行报告的。在便于他人评定其可靠性的同时，也增强了测量结果之间的可比性。

1 概述

1)评定依据。国家计量检定规程JJG52—2013弹性元件包括一般压力表、压力真空表和真空表。

2)测量标准及环境条件。根据评定依据，对于标准器来说，其最大绝对值不能超过被检压力表最大允许误差绝对值的1/4，故选择量程为0～4 MPa，精度等级为0.4级的精密压力表。

检定环境：环境温度为(20±5)℃；相对湿度为≤85℃；环境压力为大气压力。

3)检定用工作介质及检定周期。根据评定依据，对于压力表来说，其上限在0.25～400 MPa，需要以无腐蚀性的液体作为工作介质，故选择癸二酸二异辛酯为工作介质。

对于检测周期，正常情况下不会超过半年。与生产安全和环境监测有着密切关系的压力表，其检测周期只能小于半年；当遇到较为恶劣的工作条件时，需要进一步缩短检定周期。对于测压部位，由于其使用频率高，而且介质波动大，需要更高的准确度。加上安全方面的要求，可以根据实际情况适当缩短检测周期。

4)测量方法。将被检压力表与标准精密压力表分别安装于压力校验台的两端不同的接口上，并安装紧固，使其在升压过程中不会因工作介质溢出而影响测量结果，然后通过平稳的升压与降压，把被检压力表的示值与标准精密压力表的示值相比较而测得被检压力表的示值误差。

2 测量模型

1)数学模型：

δ=p1-p0

式中：δ为被测点的示值误差，p1为被检压力表在被测点的示值，p0为标准精密压力表的示值。

2)灵敏系数。灵敏系数表示被测量随对应输入量的变化情况，由数学模型求偏导可以得到灵敏系数表达式为：

式中：c1为被测压力表灵敏系数，c2为精密压力表灵敏系数，∂为偏导系数。

3)不确定度分量。由于很多原因都会对测量结果的不确定度产生影响，因此出现“标准不确定度分量”，也就是对每个不确定度来源评定的标准偏差。对于本次实验，可分为5种不确定度来源：①由于重复的示值引入的标准不确定度u1。②由于示值估读引入的标准不确定度u2。③温度引入的标准不确定度u3。④示值变动量引入的标准不确定度u4。⑤数据修约引入的标准不确定度u5。

3 不确定的评定

1)示值重复性引入的不确定度u1。将一0.4级，量程为0～4 MPa的精密压力表作为标准，检定一个一般压力表时，精度为1.6级，量程为0～2.5 MPa，最小分度值为0.05。在一组重复性测量条件下测量精密度。以2 MPa为检定点，在该点重复测量10次。测量数据p1至p10分别为：2.00、2.00、1.98、2.00、2.01、2.00、2.01、2.00、2.00、2.00 MPa。则其平均值为：

对同一被测量进行n次测量，表征测量结果分散性的量为实验标准偏差，可由贝塞尔公式得出，故：

所以不确定度为u1为：

式中：P为被测压力表量程；s为试验标准偏差。

2)示值估读引入的不确定度u2。对于指针类的刻度仪表，因检定人员读数过程中也存在一定误差，所以要求估读至最小分度值的1/5，该误差服从均匀分布，根据JJG 1059.1—2012测量不确定度评定与表示查表可得包含因子且被测压力表量程为0～2.5 MPa，故：

3)温度引入的不确定度u3。根据评定依据，压力表检定环境温度为(20±2)℃，温度对被检变带来的影响为：

Δ=KP(t-20)

式中K=0.000 4/℃，指的是温度影响系数；P为被测压力表量程；t为室内温度。可以看出误差分布具有均匀性，包含因子以半区间计算：

4)示值变动量引入的不确定度u4。根据评定依据，示值变动量一般不能超过基本误差的1/2，该误差分布属均匀分布，包含因子以全区间计算：

5)数据修约的影响u5。对于检定结果，一般要求修约到最小分度值的1/5，修约误差为估读值的1/2，其分布也是具有均匀性，包含因子以半区间计算：

6)标准器的不确定度u6。由标准活塞压力计本身存在的误差引起，准确度等级为0.05%，概率以正态分布(给定置信概率p=0.99%)，则置信因子k=2.576，即：

4 合成不确定度

通过评定程序计在进行不确定度测量时，由一个测量模型中各输入量的标准为依据来测量不确定度获得的输出量为标准，通过公式可计算得出：

≈0.492%

5 相对扩展不确定度

为获取扩展不确定度，对合成不确定度乘以大于1的数，根据JJG 1059.1—2012测量不确定度评定与表示，查询得取扩展因子k=2，则扩展不确定度为：

U=kuc=2×0.492%=0.98%

6 测量结果

通过评定程序计算得出的被检表的不确定度0.98%对比其精度等级1.6%符合要求，故该评定结果合理。