影响数字压力计的示值误差测量不确定度因素分析

邵俊杰（常熟市计量测试所，江苏 常熟215500）

影响数字压力计的示值误差测量不确定度因素分析

邵俊杰
（常熟市计量测试所，江苏 常熟215500）

在使用数字压力计时，必须要定期校准，以确保得到的信息数据准确无误，不影响后期数据的应用。但因数字压力计的示值误差是无法有效避免的，特别是针对准确度和稳定性都非常差的数字压力计，非常容易受到其他方面的原有导致其因此产生误差，针对该情况，通常我们必须运用相对比较法来实施有效测量，本文重点对这种方法的运用方法所引起的不确定度进行探讨。

数字压力计；不确定度；相对分析法；示值误差

1　数字压力计示值误差测量不确定度影响因素分析

1.1数字压力计的长期稳定性导致的不确定度

在数字压力计衡量指标中，长期稳定性是非常重要的一项指标，其对数字压力计的示值误差不确定性有着非常大的影响。如果一种数字压力计的长期稳定性非常好，那么即使它的极限误差较差，也还是能够进行定点修正使用的。

但如果该数字压力计的长期稳定性较差，那么无论其他指标再优良，它也不能够再继续正常使用了。因此，在进行数字压力计的示值误差测量不确定度的研究中，必然是要考虑长期稳定性因素的，在本文中设其为不确定度分量u1。

1.2示值多次重复性检测导致的不确定度

这里所指的测量重复性，主要是指在检测条件完全相同的情况下，对同一个测定对象进行连续多次的测定，而采取多种检测手段所能够获得的检测结果之间也存在一定的差异，而这种情况我们就将其称为测量结果的重复性。

简单来说，就是尽可能地在确保检测程序、仪器、人员等条件相同的情况下，在同一个环境下，重复多次对相同的测定对象进行反复检测，并对多次测定结果进行对比，观察其一致性，但在实际操作过程中，其往往会存在相应的偏差，从而致使数字压力计因此发生相应的偏差，并因此引起误差测量的不确定度。本研究通过反复多次的测定后，不确定度详见表1。

表1　由示值多次重复性测量导致的不确定度分量U2

1.3数字压力计的分辨率导致的不确定度

数字压力计的分辨率也可以表示成数字压力计的精确度值，它是数字压力计所能表示出的最小数值单位，主要是指在数字压力计表盘中所显示的数字中，最后一个所代表的值。若被测定的对象，其所测定的对象变化量若比数字压力计的分辨率更低，即可表明数字压力计最后一位数字并不会因此发生任何改变，还是用于对原来的数值作出相应的指示。

针对不同的数字压力计其分辨率自然有明显的不同，而分辨率的差异也必然会给数字压力计的示值误差测量不确定带来不同的影响。而因数字压力计输出端所产生的可测变化量达到最低时，则需要对输入量值进行测定，简单来说就是分辨率趋近于零点周围，从而致使数字压力计示值无法更为准确地作出相应的反应，从而能够更好的反映出被测对象，从而使得数字压力计测定结果因此受到影响，发生不确定度，设其为不确定度分量u3。

1.4介质高度差导致的不确定度

介质高度差也会对压力计的示值误差测量不确定度带来不同程度的影响，若两个数字压力计未处在一个相同的高度上，其就会因此存在相应的高度差，从而致使这个介质高度差受到影响，致使测定结果误差值更大。根据《数字压力计》中相关要求，因介质高度差所造成的示值误差，若与数字压力计所允许的误差值百分之十更大，那么表明其不符合规定，这就需要及时对示值误差作出相应的调整。设由介质高度差导致的不确定度分量为u4。

1.5环境温湿度变化导致的不确定度

由于数字压力计中使用了敏感元件作为传感器的感受器，而敏感元件往往都会受到外界环境温湿度的一定影响，进而影响到传感器的性能，使数字压力计的示值测量出现误差。因此，数字压力计必须要具备温湿度影响的技术指标。现在，绝大部分的厂家为了使数字压力计示值误差受到的特定环境中温湿度变化的影响降到最低，都已经对温湿度变化对数字压力计压力量值的影响进行了补偿修正。

一般情况下，数字压力计都会限定出一定的使用环境温湿度范围，只有在符合该条件的环境中使用，才被认定数字压力计受到环境温湿度变化影响而产生的示值误差不确定度是非常小的。而对于超出所规定的温湿度范围的情况，厂家通常会给出数字压力计产生的测量不确定度的相关标准。对于本文讨论的数字压力计具有温度补偿功能，此次测量环境温湿度范围为18 ℃～ 22 ℃，56 % RH，故在该温湿度范围内，数字压力计产生的不确定度分量十分小，可以不予考虑。

1.6活塞式压力计标准装置传递误差导致的不确定度

活塞式压力计标准装置都具有一个最大允许误差标准，该最大允许误差是由上级检定部门出具的检定证书来评定，当测量范围在0-2MPa时，给出的最大允许误差值为- 0.02 % ～ + 0.02 %，服从均匀分布，取k=3^0.5 ，采用B类方法进行评定。设活塞式压力计标准装置传递误差导致的不确定度分量为U5。

2　实测数据分析

2.1数字压力计的示值误差测量不确定度分量

通过对上述讨论进行综合分析，可对数字压力计示值误差造成影响的因素非常多，包括了六点，其中有重复性检测、稳定性、分辨率、环境湿度变化、高度差以及活塞式配置。就本研究中所提出的数字压力计来说，示值误差不确定度详见表2。

表2　数字压力计的示值误差测量不确定度分量

2.2合成标准不确定度

根据上表中的数字压力计示值误差测量不确定度分量数值，合成标准不确定度表达式为：Ue=（U1^2+U2^2+U3^2+U4^2+U5^2）^0.5，结果如下表3。

表3　合成标准不确定度

2.3扩展不确定度

由于0.05级数字压力计的测量结果包含因子k=2，U=2Ue，故对其进行扩展，结果如下表4：

表4　扩展不确定度

3　结语

通过本文的研究得出，影响数字压力计示值误差程度的因素非常多，具体包含了数字压力计的长期稳定性、示值多次重复性检测、数字压力计的分辨率、介质高度差、环境温湿度变化、活塞式压力计标准装置传递误差等6个方面的内容。在运用数字压力计进行测量时，除了要考虑到这些影响因素，还必须要定期的校准数字压力计，以确保得到的信息数据准确无误，不影响后期数据的应用。

［1］李海兵，卓华.0.05级数字压力计示值误差测量结果不确定度评定［J］.计量与测试技术，2013，40（10）：47-48.

［2］郑尚榜.数字压力计的示值误差测量不确定度研究［J］.厦门科技，2015（05）：57-59.

［3］李世岩.0.05级及以下全量程数字压力计示值误差测量值的不确定度评定［J］.计量与测试技术，2015（09）：68-69，72.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.117