弹性元件式压力表示值误差测量结果不确定度评定

王建平，施胜，杜金平，孔庆有

(沈阳发动机设计研究所测试计量中心，辽宁沈阳110015)

0 引言

不确定度是表示测量结果分散性的参数，不能用来修正测量结果。不确定度越小，所述结果与被测量真值愈接近，其使用价值越大。不确定度越大，所述结果与被测量真值愈远，其使用价值也越小。在测量结果报告中一般都给出对应的不确定度;一方面便于使用者评定其测量结果的可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性。以往对不确定度评定:只研究一个检定点，然后以点带面对所测量范围进行推断评定，这样的检测结果对其它测量点有一定的局限性。本文选定准确度等级为1.6级，测量范围为0～1.6 MPa压力表进行全量程检定，测量所有检定点的误差并计算所有检定点的测量结果的不确定度，这种方法是对以往不确定度评定的一种全新的尝试。

1 检定条件

所需仪器仪表:①0.05级二等活塞式压力计一台，标准活塞式压力计，测量范围0.1～6 MPa;②准确度等级1.6级压力表一块，要求测量范围0～1.6 MPa;③温湿度计一个，满足环境温度(20±5)℃，相对湿度小于85%。

测量方法:根据流体静力学原理，采用直接比较法进行操作。

检定方法:将压力表与二等活塞压力计(标准器)相连接，对测量系统进行加压，当活塞系统达到相对平衡时，分别读取活塞压力和压力表的示值，被测压力表的示值与活塞压力计的压力值之差即为压力表的示值误差。

2 不确定度评定

2.1 标准不确定度分量的评定

标准不确定度分量的评定数学模型为

式中:Δp为被测压力表的示值误差;p为被测压力表的示值;ps为二等活塞压力计产生的压力值。

1)测量重复性引起的不确定度分量u1

测量重复性引起的不确定度属于A类评定，根据国家计量检定规程JJG 52-2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表》，对压力表4个有刻度测量点示值各进行2次测量，测量结果取2次读数的算术平均值。当测量次数较少时，采用极差法计算实验标准偏差

式中:s为单次测量的标准差;pmax为测量结果的最大值;pmin为测量结果的最小值;C为极差系数。

算术平均值的标准不确定度

因此

测量结果见表1，极差系数见表2。

表1 检定结果MPa

表2 极差系数

用极差法计算标准实验偏差为

由于0.8 MPa点回程误差为零，此点用最小分度值的估读值表示。

2)二等标准活塞式压力计的活塞下端面与压力表指针轴之间的高度差，引起液位差的不确定度分量u2

3)二等标准活塞式压力计(标准器)引入的不确定度分量u3

4)检定温度与标准温度偏差产生的不确定度分量u4

检定的环境温度与标准温度相差不大，每1℃温度改变引起压力值变化约为0.0004 MPa，故可以忽略环境温度对不确定度的影响。

2.2 合成标准不确定度uc

2.3 计算扩展不确定度U

3 分析测量结果的扩展不确定度

测量结果的扩展不确定度公式表示为

式中:Y为被测量的测量结果;y为被测量的最佳估计值;U为测量结果的扩展不确定度;k为包含因子。取一位有效数字，则

4 结论

0.8 MPa检定点，升压与降压平均值与标准器压力值相等，示值误差为0.00 MPa，其扩展不确定为0.01 MPa，在其它检定点示值误差均为0.01 MPa，其扩展不确定也是0.01 MPa。由此可以推断出，压力表“量程”越大对测量结果不确定度影响越小，“量程”越小对测量结果不确定度影响越大。这次选定的准确度等级为1.6级，量程范围0～1.6 MPa压力表的测量结果不确定度对所测量的示值误差影响度有限。

［1］国家质量监督检验检疫总局.JJG 52-2013弹性元件式一般压力表，压力真空表和真空表［S］.北京:中国计量出版社，2013.

［2］国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示［S］.北京:中国计量出版社，2012.

［3］王建平.对KYB-18G压力变送器不同的检定方法的分析比较［J］.仪器仪表标准化与计量，2010(1):28-29，47.

［4］国家质量监督检验检疫总局.JJG 49-2013弹性元件式精密压力表和真空表［S］.北京:中国计量出版社，2013.

［5］辽宁省计量科学研究院.压力表使用与维修［M］.2003.