压力计量标准误差与测量不确定度评定

高楠

摘 要：测量误差直接影响着工作计量器具计量数值的准确性和可靠性。为了在传递量值、降低损耗、保证质量和防护安全等方面满足计量器具的使用预期要求，使其测量出来的结果更加准确，需结合统计和计量两项技术，并使统计技术与误差和鉴定理论相结合，分析测量误差的不确定性。

关键词：计量标准装置；总不确定度；计量器具；统计技术

中图分类号：TB931 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.105

运用压力变送器将压力变量转化为统一的信号输出，压力变量与输出的信号之间存在函数关系，一般情况下为线性函数。压力变送器的测量对象既包括静态压力，也包括动态压力，所以在控制系统与测量工程中得到了广泛应用，尤其是在高压和高温等环境下的使用。为了鉴定压力传感器的质量，不同地区的有关部门先后制作出了相关鉴定装置。本文主要针对示值误差的测量和评定等工作进行研究和探讨。

1 计量标准装置的误差来源

计量标准装置的误差来源主要有：①计量标准误差，例如计量标准器、不同附件和配套设备等方面的误差；②环境误差，例如湿度、温度、振动、气压和磁场等因素导致的误差；③人员误差，例如观测、视觉、读数和估读等方面的误差；④方法误差，例如因缺乏健全的计算或测量方法而导致的误差。

2 计量标准装置误差和总不确定度的分析

2.1 计量标准的稳定性测试

通过比较活塞压力不断变化的名义值，在鉴定机构提供的鉴定数据的基础上，经过对比，该比值必须在活塞压力所规定的变量范围内。

2.2 测量不确定度评定

受误差因素的影响，评定不能确定的被测量值就是不确定度评定。对于不能确定的误差大小，不确定度评定通过特征量值进行描述。

2.3 计量标准的测量不确定度验证

选定一只0～40 MPa的压力表，经自检测，一组数据与法定计量部门的一组数据比对检定结果如表1所示。

通过比较，0.10 MPa是其差值的最大限度，没有超出被检表误差允许范围内的2/3。因此，这一装置验证了其总不确定度。

结合统计和计量两种技术，并使统计技术与误差和鉴定理论相结合，以验证测量的不确定度和压力计量标器。根据国家《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表》（JJG 52—1999）的有关要求，压力机在总的不确定方面符合其要求，适用于检定工作为1.5级、2.5级和4级的工作强度。研究、分析不确定度和计量标准器存在的测量误差可以得出，误差导致了被测量值的不确定性，使测量的评定结果与国际有关标准一致，使压力计量单位实现了统一，量值更加准确，使确认周期内的压力测量设备与有关规定的要求相一致。

3 采用合并样本标准偏差的必要前提

采用合并样本标准偏差的必要前提是必要而不充分的，即这个测量是一个整体过程，并且从取样、预处理样品、测量仪器的要求与等级、处理数据到最终得出测量估计值，测量的过程必须符合一定的规范。另外，测量值在大小上存在很大的不同，但是这种不同并不影响测量结果中的q和s。假设Sr与测量所得数值之间具有一定的关联，假设是正相关，就应限定一个测量值范围，根据Sr的不同来划分被测量值的档次，进而作出评定；也可在每次测量的不同数值的基础上，根据Sr大小的不同，绘制一条曲线。这条曲线的可靠性随着被测量次数的增加而提高。

分别测量锑和氧化钠的质量分数，测量的标准差可以不按档次确定。根据《氯化钾》（GB 6549—1996）这一标准，测量氯化钾中所含水分的质量分数，以4%为界限，划分出不同的档次；根据《轻质石油产品中总硫含量测定法》（SH/T 0253—1992），测量轻质油中硫含量的质量分数，检测结果根据含量总数变化绘制拟合直线；根据《工业用裂解碳四的组成测定气相色谱法》（GB/T 6600—1986），检测工业中所用的裂解碳四中的组分，根据平均质量分数绘制出曲线，在此基础上评定测量结果的标准差。

4 由介质液高度差估算

根据规程要求确定不确定度分量，使活塞式压力机中的活塞下端与被检测的器具压口的中心处与水平面统一。通常情况下，这一要求基本能够符合被检送器的尺寸，其中的差距可以忽略不计，可以不做人为修正。但是不修正相差就会使误差被引入，在实际测量时也有1 cm的高度差异，导致估算的不确定度分量为 U（h）=0.01/1=0.01 m。

在合成标准不确定度Uc=0.003 0 mA的条件下，输出电压估算Ui（y）为0.001 1 mA，vi为11；精密电阻估算Ui（y）为0.001 1 mA，vi为50；活塞压力计估算Ui（y）为0.002 5 mA，vi为∞；介质液高度差估算Ui（y）为0.000 67 mA，vi为8.

5 结束语

压力变送器测量的误差结果不确定度是U95=0.006 0 mA，430为有效自由度，上下浮动0.032 mA是变送器测量所允许的最大误差，这与《压力变送器检定规程》（JJG 882—1994）中的要求相符——标准器的选用以及有关配套的检定装置与被检变送器所规定的最大误差相比，其扩展不确定度不能超过1/4.

参考文献

[1]唐敏然，何欣.β射线吸收型粉尘浓度测定仪的校准方法与不确定度分析[J].工业计量，2006（S1）.

[2]李慎安.测量不确定度理解与应用 合并样本标准偏差与测量不确定度评定[J].现代计量通讯，2006（02）.

〔编辑：王霞〕