压力变送器测量冲击压力不确定度评定

【摘要】目前在检测检验中，对所使用的标准仪器设备和试验方法是必须给出相应的不确定度，一方面便于使用它的人评定其可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性及溯源性。本文是对压力变送器测量冲击压力为例，做一次完整的不确定度评定。

【关键词】不确定度；压力变送器

1.研究不确定度的意义

不确定度在本质上是由于测量技术水平、人类认识能力所限造成的。同时它也是判定基准标准精度、检测水平高低以及测量质量的一个重要依据。在ISO/IEC导则25“校准实验室与测试实验室能力的通用要求”中指明，校准实验室的每份证书或报告必须包含有关校准或测试结果不确定度的说明。不确定度如果评定过大，会使用户认为现有的测量水平不能满足需要而去购买更加昂贵的仪器，导致不必要的投资，造成浪费，或对检定实验室的服务工作产生干扰；不确定度评定过小，会因要求过于严格对产品质量、生产加工造成危害，使企业蒙受经济损失。所以测量不确定度必须正确评定。

2.不确定度的定义

测量不确定度的定义为：与测量结果相联系参数，表征合理地赋予被测量量值的分散性。由于测试技术的不完善，人类认识能力所限，被测量的“真值”是不可知的，在实际工作中能得到的仅是“合理赋予被测量的值”，且不止一个，可以是多个。这些值的分散性就是不确定度。它表示出测量结果的范围，被测量的真值以一定的概率落于其中。

3.概述

本文使用两台压阻式压力变送器对冲击压力同时进行测定，并对测量结果进行不确定度评定。

3.1测量依据：JJG624-2005动态压力传感器检定规程。

3.2测量环境：温度：20℃，相对湿度：67% 。

3.3测量方法：使用两台压阻式压力变送器直接读取冲击压力值，并对两个值取平均。

4.数学模型

压力变送器示值的数学模型为：k=k1/2+ k2/2。k——被测压力（MPa）；k1----压力变送器1示值（MPa）。k2----压力变送器2示值（MPa）。

5.标准不确定度分量评定

标准不确定度可以分为A类标准不确定度和B类标准不确定度，用对观测列的统计分析进行评定得出的标准不确定度称为A类标准不确定度，用不同于对观测列的统计分析来评定的标准不确定度称为B类标准不确定度。

5.1A类标准不确定度UA的评定。由压阻式压力变送器人为读数误差及压力稳定性引起的标准不确定度，在标准值0.46MPa下的10个数据如表1。其中测试值1为压阻式压力变送器1的值，测试值2为压阻式压力变送器2的值。测试数据及标准偏差如表1。

表1

次数 测试值1

（MPa） 测试值2

（MPa）

1 0.461 0.457

2 0.468 0.462

3 0.463 0.464

4 0.467 0.459

5 0.466 0.456

6 0.463 0.461

7 0.467 0.463

8 0.458 0.462

9 0.462 0.457

10 0.464 0.459

标准偏差 0.00314 0.00279

标准偏差根据公式求得：

xi----每次实际测试值，----平均值，νA为自由度。

5.2B类标准不确定度UB的评定。此类不确定度由压阻式压力变送器自身误差引入的不确定度。通过变送器自校证书得到精度等级为0.5级，固极限误差为±0.5%，均匀分布，估计其可靠性10%。

所以变送器自身不确定度UB=0.29%，自由度VB为50。

6.标准不确定度分量一览

表2

标准不确定度分量 不确定度

的来源 标准不

确定度 灵敏

系数 灵敏系数修正后的不确定度 自由度vi

1（MPa） 2（MPa） 1（MPa） 2（MPa）

UA 测量重复性 0.00314 0.00279 1 0.00314 0.00279 9

UB 测试仪

自身误差 0.0029 0.0029 1 0.0029 0.0029 50

7.合成标准不确定度评定

输入量彼此独立不相关，且两台压阻式压力变送器彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可用下式得到：压阻式压力变送器1：=0.00427=0.427% MPa。压阻式压力变送器2：=0.00402=0.402% MPa。被测压力：=0.00293=0.293% MPa

8.有效自由度计算

由有效自由度计算公式：压阻式压力变送器1：Veff1=27。压阻式压力变送器2：Veff2=32。被测压力：Veff=58。

9.计算扩展不确定度评定

取p=95%，Veff1=27，查t分布表得KP=2.052，则扩展不确定度按照公式：UP=KPUC，得到压阻式压力变送器1：U1=0.876%MPa；取p=95%，Veff2=32，查t分布表得KP=2.036，则扩展不確定度按照公式：UP=KPUC，得到压阻式压力变送器2：U2=0.818%MPa。取p=95%，Veff2=58，查t分布表得KP=2.001，则扩展不确定度按照公式：UP=KPUC，得到被测压力：U=0.586% MPa。

10.不确定度最后报告

压阻式压力变送器1：U1=0.876% MPa，P=95%，veff1=27，KP =2.052；压阻式压力变送器2：U2=0.818% MPa，P=95%，veff2=32，KP=2.036。被测压力：U=0.586% MPa，P=95%，veff2=58，KP=2.001。

11.结论

本文完整的对压阻式压力变送器测量冲击压力进行了不确定度评定，从数据中可以看出，对两台压阻式压力变送器的值取平均后所得的不确定度比单台压阻式压力变送器直接测量的不确定度要低不少。

作者简介

唐瓒（1982-）男，重庆市人，工程师，毕业于中国矿业大学，目前在中煤科工集团重庆研究院有限公司主要从事矿用产品检测检验技术和装置的科研开发工作。