浅析精密压力表和真空压力表测量不确定度的评定

张海永

(天津市质量技术监督宝坻检测中心 天津301800)

浅析精密压力表和真空压力表测量不确定度的评定

张海永

(天津市质量技术监督宝坻检测中心 天津301800)

以不同种类的精密压力表为实验对象，6个不同的压力示值范围内，在每个示值进行试验的情况下，对压力表的不确定度进行评估。得出结论：0.4等级的精密压力表和真空表是使用 0.05级活塞式压力计可校准的最佳被校压力表。

精密压力表 真空压力表 不确定度

1 基本准备及要求

1.1 测量依据

JJG49-2013《弹簧管式精密压力表和真空表》检定规程。

1.2 计量标准

主要计量标准设备为5台0.05级活塞式压力计，覆盖全部测量范围，(－0.1～250,MPa)，表 1为计量设备指标。

表1 实验室的计量标准器Tab.1 Standard measuring devices in the laboratory

1.3 被测对象(见表2)

表2 被测精密表的种类Tab.2 Category of precision pressure gauges under test

1.4 测量方法

按照JJG 49-2013《弹簧管式精密压力表和真空表》检定规程第 5章精密压力表的检定方法进行测量。选取一台准确度等级为 0.4级、测量范围为 0～6,MPa的精密压力表示值误差进行不确定度评估。

2 数学模型

根据测量方法，将示值误差公式作为数学模型：

式中：△p为精密压力表的示值误差；p为精密压力表的示值；p0为活塞压力计给出的压力值。

对公式(1)进行微分，求灵敏系数：

3 测量不确定度的来源

引起精密压力表测量不确定度的来源：对精密压力表示值进行多次重复测量引起的标准不确定度u11；对精密压力表示值进行估读引起的标准不确定度 u12；环境温度变化引起的标准不确定度 u13；液位高度差引起的标准不确定度 u14；活塞式压力计量传递时引起的测量不确定度来源u2。

4 标准不确定度评定

以下要对各检定点示值误差进行测量不确定度评定。现将对各测量点进行5个正反行程、10次测量示值和平均值计算，见表3。

表3 各测量点的平均值MPaTab.3 Mean value of all measurement points MPa

4.1 由多次重复测量引起的标准不确定度u11的评定

示值平均值为：

单次实验标准差为：

平均值实验标准差为：

标准不确定度为：

4.2 估读示值引起的标准不确定度u12的评定

精密压力表的分度值为 0.05,MPa，按分度值的1/10估读，则估读误差为 0.005,MPa，以此值为分散区间的半宽 a，按矩形分布，包含因子 k取 3，则有标准不确定度：

自由度为估计u12的相对标准不确定度的不可靠性为10%，即有：

4.3 温度变化引起的标准不确定度u13评定

0.4 级精密压力表检定温度范围为 20±3,℃、活塞式压力计的检定温度范围为20±2,℃；现在检定精密压力表时的环境温度为 21,℃，没有超出二者规定的温度范围，所以，温度变化引起的标准不确定度可以不考虑，则：

4.4 液位高度差引起的标准不确定度u14评定

根据精密压力表检定规程的规定，检定测量上限不大于 0.6,MPa的精密压力表应考虑液位高度差引起的影响，现在的检定点压力已超过 0.6,MPa，液位高度差的影响不作考虑，即：

4.5 活塞式压力计算时引起的标准不确定度u2的评定

在 1,MPa检定点，活塞压力计的最大允许误差为△1＝±0.000,5,MPa。以此值作为分散区间的半宽a，置信概率 P取 95%，按正态分布，包含因子 kp＝1.96，标准不确定度为：

自由度为估计 u2的相对标准不确定度的不可靠性为10%，即有：

5 合成标准不确定度(见表4)

表4 输入量不确定度汇总表Tab.4 Summary sheet of the uncertainty of input variables

5.1 将u11和u12用方和根法合成

5.2 根据不确定度传播律有方差式

因 c1＝1、c2＝-1，输入量相互独立，不相关，则合成标准不确定度为：

5.3 有效自由度为

5.4 扩展不确定度计算

置信概率P取95%，查t分布表：

扩展不确定度为：

相对扩展不确定度为：

6 对使用 005级活塞式压力计校准装置校准弹簧管式精密压力表和真空表的测量不确定度评估

根据JJG 49-2013的规定，常规校准点应不少于8个点，下面分别对 0.5,MPa、1.0,MPa、1.5,MPa、2.0,MPa、2.5,MPa、3.0,MPa、3.5,MPa、4.0,MPa、4.5,MPa、5.0,MPa、5.5,MPa、6.0,MPa 示值误差进行测量不确定度评估，由于评定步骤相同，为了减少文章篇幅，具体评定步骤不再重复，这里给出评估结果，见表5。

表5 不同种类的压力表示值误差的不确定度评估Tab.5 Appraisal of measurement uncertainty of indication errors for different precision pressure gauges

0.05 级活塞式压力计的测量范围为－0.1～250,MPa，被校精密压力表和真空表的精度等级为0.06级、0.1级、0.16级、0.25级、0.4级、0.6级。其测量不确定度见表6。

表6 不同准确度等级的压力表的测量不确定度Tab.6 List of measurement uncertainty of pressure gauges with different accuracy class

7 校准和测量能力(CMC)

0.4 等级的精密压力表和真空表是使用 0.05级活塞式压力计可校准的最佳被校压力表，因此该项目的 CMC 为：(－0.1～250)，U＝0.006,0,MPa。

［1］ 李金海. 误差理论与测量不确定度评定[M]. 北京：中国计量出版社，2007：121-150.

［2］ 弹簧管式精密压力表和真空表[S]. JJG49-2013.

Analysis on Measurement Uncertainty Calculation of Precision Pressure Gauge and Vacuum Pressure Gauge

ZHANG Haiyong
(Tianjin Quality and Technical Supervision Baodi Testing Center，Tianjin 301800，China)

Different precision pressure gauges were taken as experimental subjects to go through tests under 6 scopes of pressure indication values for the evaluation of the uncertainty. The results showed that the Class 0.4 precision pressure gauges and vacuum meters were the optimum adjustable devices which can be adjusted by the Class 0.05 piston gauge.

precision pressure gauge；vacuum pressure gauge；uncertainty

TH823

A

1006-8945(2014)07-0046-04

2014-06-07