气体减压器用压力表示值误差测量不确定度评定及自动计算

尧礼辉 张贵荣

【摘要】针对气体减压器校准规范给出压力表示值误差测量不确定度评定实例，结合气体减压器校准的实际情况，重点分析了评定实例的评定方法，指出评定方法的不足，并提出优化方法。根据优化后的评定实例计算过程，通过Excel设计了自动计算公式，校准人员只需输入测量值和被检表相关信息即可实现测量不确定度的自动计算，极大地提高了校准效率。

【关键词】气体减压器；压力表；测量不确定度；自动计算

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.063

Evaluation and Automatic Calculation of Measurement Uncertainty ofIndication Error for Gas Pressure Reducer Pressure Gauge

YAO Lihui， ZHANG Guirong

（PLAof 92601， Zhanjiang 524009， China）

Abstract： In view of the measurement uncertainty evaluation example of pressure gauge indication error given in the calibration specifications for gas pressure reducer， combined with the actual situation of gas pressure reducer calibration， the evaluation method of the evaluation example is emphatically analyzed， the shortcomings of the evaluation method are pointed out and the optimization method is put forward. According to the calculation process of the optimized evaluation example， the automatic calculation formula is designed by Excel. The calibrator can realize the automatic calculation of the measurement uncertainty by inputting the measurement value and the information of the pressure gauge， the calibration efficiency is greatly improved.

Keywords： gas pressure reducer； pressure gauge； measurement uncertainty； automatic calculation

0引言

JJF 1328—2011《带弹簧管压力表的气体减压器校准规范》规定，气体减压器校准后需要进行压力表示值误差的测量不确定度评定。JJF 1328—2011校准规范实施已有十多年，规范中给出的评定实例与实际评定存在较大差异，部分内容较难执行，需要根据校准实际情况进行优化和改进。

本文基于气体减压器校准的实际情况，重点分析了JJF 1328—2011校准规范中压力表示值误差测量不确定度评定实例。我们发现评定方法存在一些不足，因而提出了优化方案。经过优化后的评定实例计算，我们设计了一个自动计算公式，通过Excel实现。校准人员只需输入测量值和被检表相关信息即可自动计算测量不确定度，从而大大减少了校准人员的工作量，显著提高了校准效率。

1评定实例分析

校准人员依据JJF 1328—2011进行测量不确定度评定时应该遵守其相关规定，但实际开展评定时发现校准规范评定实例中给出的标准不确定度评定方法存在一些不足：有的内容不太贴合实际，在开展校准时较难执行，增加了评定难度和工作量；有的不确定度来源在计算标准不确定度时有重复引入，扩大了测量不确定度。这些问题需要根据实际情况进行优化和改进，使JJF 1328—2011更符合校准实际。

1.1评定实例中的不足之处

1）个别语句表述不够严谨，实际校准时较难执行

根据JJF 1328—2011校准规范中“C.2.2被检表引入的不确定度”的要求，在评定重复性引入的标准不确定度时，评定实例选取3个测量点，在每个测量点进行10次重复测量，计算出单次实验标准差s，然后任意选取3块同量程压力表重复上述过程。这样每个测量点共得到4个单次实验标准差s，计算它们的合成样本差sp，将sp作为重复性引入的标准不确定度。通过分析我们发现，任意选取3块同量程的压力表计算合成样本差sp的做法存在以下几点不足。

一是单块压力表不像被校气体减压器那样可以与校准装置有效连接而实现整体校准，如果只是任意选取3块同量程的压力表而不是任意选取3块同量程压力表的气体减压器进行重复性测试，那么這必然导致单块压力表的校准与被校气体减压器的校准不一致，计算得到的单次实验标准差s不符合重复性要求。

二是在实际校准过程中，每次校准都需要寻找3个同量程压力表的气体减压器，然而，实际执行起来有较大难度。由于被校气体减压器的压力表量程是不确定的，低压表和高压表的量程有多种可能，这就要求计量技术机构需要提前备好多种量程压力表的气体减压器供选择，无形之中增加了计量技术机构的管理难度和成本，造成实际校准时较难执行该项要求。

三是如果再选择3个同量程压力表的气体减压器进行重复性测试，且每个气体减压器又有1块高压表和1块低压表，每个点都需要进行10次重复测量，那么完成整个校准过程需要进行240次测量。由于测量数据量大，这可能会影响整个校准效率。

四是被校气体减压器的压力表重复性不确定度主要由压力表本身性能、校准装置和校准方法等因素决定，与其他同量程气体减压器的压力表关系不大，尤其是来自不同厂家生产或不同批次的压力表。与其他气体减压器同量程的压力表计算合成样本偏差会扩大或减少影响，这样反而不能真实反映重复性引入的标准不确定度。

2）标准不确定度重复计算

对于标准不确定度计算，评定实例将重复性和被校表读数误差引入的标准不确定分量作为两项独立的来源计算合成标准不确定度。当进行重复性测试时，重复测量的值是在被校表上估读得到的。实际上，被校表读数误差引入的不确定度已经在重复性上得到体现，如果再将被校表读数误差引入的标准不确定作为一项独立的来源，将会导致合成标准不确定度偏大，不能真实反映最后的测量不确定度。

1.2优化方法

1）针对“任意选取3块同量程的压力表”实际校准较难执行的问题。测量误差是以轻敲后升压或降压的测量值计算得到，并以升压或降压的较大误差作为该点的测量误差，而不是以两者的平均值作为测量结果，因而在对每个点进行10次重复测量后，计算每个点的单次实验标准差s，直接将s作为重复性引入的标准不确定度分量。每个点进行10次重复测量也完全能反映出该点的重复性。

2）针对标准不确定度重复计算的问题。因为被校表读数误差引入的不确定度已经在重复性上得到体现，所以在计算被校表读数误差引入的标准不确定后，比较两者值的大小，将两者较大值作为被校表引入的不确定度。

2自动计算设计

进行气体减压器校准时，高压表和低压表每个测量点都要给出测量不确定度，如果只是人工计算，整个过程计算量较大，而且容易出错。校准人员可以通过Excel设计自动计算公式，计算时只需输入测量值和被检表相关信息即可实现测量不确定度的自动计算，大大提高了校准效率。

2.1公式设计

为了便于说明，这里选用一个按Q/JBMP6标准生产的气体减压器（高压表25 MPa，额定进口压力p1为15 MPa；低压表0.25 MPa，额定出口压力p2为0.15 MPa）作为被校对象。自动计算公式界面如图1所示。

计算公式界面列项要素包括标准不确定分量（重复性、被校表读数误差、标准器引入的标准不确定）、合成标准不确定度和扩展不确定度。行项要素包括不确定度来源、类别、高压表和低压表。浅色区域是数值输入区，白色区域是公式设计区，深色区域是结果区。

这里以高压表的5 MPa点对应的行（见图1行号6）说明计算公式的设计方法。如表1所示，在对应的单元格输入相应的公式代码。其他测量点对应的计算公式通过下拉鼠标即可实现复制。

2.2使用说明

如图1所示，自动计算公式界面分为3个区域，分别用浅色、白色和深色标记。浅色区域是数值输入区，校准人员将重复性测量值、被校表信息和标准器信息输入至该区域。白色区域是公式设计区，会根据深色区域的输入值自动计算并显示计算结果。深色区域是结果区，显示测量不确定度的计算值。通过Excel设计自动计算公式，校准人员只需在浅色区域输入测量值和被检表相关数据就可实现自动计算，大大减少了校准人员的计算量，极大地提高了校准效率。

对高压表或低压表完成升压和降压校准后，接着进行重复性测试。实际测试时可以对每块压力表的校准点按升压和降压重复校准4次，这样每个校准点共得到10个测量值，也可以在重复性测量条件下对每个点进行10次升压重复测量，避免校准完成后重复拆装气体减压器而影响校准效率。

3结束语

优化后的评定实例计算过程可以通过Excel实现自动计算，操作简单，使用方便。校准人员只需输入测量值和被检表相关信息即可实现测量不确定度的自动计算，这不仅减少了校准人员的计算量，还极大地提高了校准效率。通过优化和改进气体减压器用压力表示值误差测量不确定度评定实例的不足之处，不但使校准规范更加贴近校准实际，而且评定得到的测量不确定度更加真实，值得校准人员参考和借鉴。

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【作者简介】

尧礼辉，男，1983年出生，高级工程师，硕士，研究方向为力学、电学计量。

（编辑：李加鹏）