精密压力表不确定度评定

精密压力表不确定度评定

王丹

兴安盟产品质量计量检验检测中心  内蒙古自治区 兴安盟 137400

摘要：测量不确定度是一个非负参数，用于表征被测量值的分散性，不确定度越小，表明测量结果可信度及质量越高。基于此，本文重点分析了精密压力表不确定度评定。

关键词：精密压力表；不确定度；评定

精密压力表以其简单的制造特性及优越的性价比，长期以来不仅作为普通监测仪表广泛使用，而且作为通用压力表的检定、校准、测试的标准仪器被使用。然而，在日常计量检定、校准、测试工作中，其测量误差的不确定度评定往往被忽视。用户仅通过给定的测量平均值无法正确判断测量结果的可靠性，只有通过不确定度的评定，才能保证测量结果的可信度。

一、测量方法

在不确定度评定中，选用全自动压力校验仪为标准。测量时把被检表装在全自动压力校验仪的压力接口上，输入需要检定点的压力值后标准仪器能快速输出标准压力值。然后读取被检压力表示值和标准压力值，被检表的示值误差根据被检表示值与标准压力值相比较而得。

二、测量模型

δ＝P1－P2

式中：δ-精密压力表的示值误差，单位：MPa；P1-数字精密压力表示值，单位：MPa；P2-被检精密压力表示值，单位：MPa。

三、不确定度的来源

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。不确定度的来源包括；测量设备、测量方法、被测量、影响量和人员等。

1、测量设备。由于精密压力表本身有示值误差，必然对测量结果引入不确定度。

2、环境条件。在不完善的环境条件下测量，会使测量产生附加误差，从而产生不确定度。检定压力表一般在室温20±5℃下进行。用精密压力表作为标准器。当环境温度超过20±2℃(对于0.25级)或20±3℃(对于0.4级和0.6级)而不超过20±10℃时，精密压力表示值应进行温度附加误差的修正。

3、测量人员。检定过程中，检定人员在读取示值时，存在读数误差和对线误差，估读产生不确定度(检定时精密压力表的读数误差和被检表的读数误差)。

四、精密压力表测量不确定度的因素

精密压力表由测压系统、传动机构、指示装置和外壳组成，主要用来校验工业用普通压力表，也可在工艺现场精确的测量对铜合金和合金结构钢等材质无腐蚀性、非结晶、非凝固介质的压力。其在标度线下设置有镜面环(A型B型)，在使用中读数更清晰精确。

有关精密压力表测量不确定度的因素，可大致分为三方面来分析。①测量设备的问题。因很多精密压力表都存在未出工厂时就有表盘显示值存在误差的问题，所以有可能会直接导致在测量中出现测量不确定度的现象。②测量人员的测量方法与技术问题。因在当前我国科技水平下，仍存在很多技术人员专业技术水平不完善问题，所以检测时使用方法不当及测量技术出现故障都会导致测量过程中出现测量不确定度现象。③环境条件的影响。在精密压力表测量时，其周围不同温度及不同湿度的环境，都会对测量结果产生影响，所以若未选择好适当的温度及湿度就会导致测量的不确定度。

五、不确定度的评定

1、被检精密压力表重复测量引起的不确定度分量评定。0.4级精密压力表的重复性引入的标准不确定度，采用A类方法评定。对被校精密压力表重复测量n次采用贝塞尔公式算出相应的试验标准偏差s()：

s()＝

式中：-被检精密压力表的读数；-被检精密压力表读数的平均数。

对0.4级(0～1.6)MPa分度值0.01MPa的精密压力表的1.6MPa检定点，重复测量10次。

试验标准偏差

s()＝

则标准不确定度＝

2、被检表(0～1.6)MPa精密压力表由检定的环境温度引入的不确定度(B类评定)。先在(20±2)℃环境条件下，精密压力表的温度弹性膨胀系数kt＝0.0004/℃，精密压力表在(20±2)℃环境条件下放置两小时，温度的变化t＝±2℃，取半宽2℃温度变化，均匀分布。

则＝

3、估读数引起的不确定度。被检表的最小分度值0.05MPa，根据规程读取要求按1/10估读±1/10×0.05＝0.005MPa

在半宽区间0.001MPa内均匀分布则＝

4、示值变动量引入的标准不确定度分量。JJG49《弹性元件式精密压力表和真空表》检定规程规定0.4级被检精密压力表的示值变动量在检测1.6MPa检定点时，是0.01MPa*（1/10）*0.6＝0.0006MPa。半宽区间0.0006MPa内均匀分布，则＝。

5、数字修约引入的标准不确定度分量。检定结果修约至被检表估读数值(即分度值为0.05MPa的1/10)，其修约误差为估读值的1/2，遵从均匀分布。

＝

6、压力控制器检定装置0.02级数字精密压力表引入的标准不确定度分项＝0.00019MPa的评定。由数字精密压力表引入的标准不确定度＝0.000739MPa(B类评定)，（(0～2.5)MPa数字精密压力表符合0.02级，其最大允许误差Δ＝±0.02％×2.5MPa＝±0.0005MPa，则其半宽区间为0.0005MPa，均匀分布。

＝

7、合成不确定度uc

不确定度分量：示值重复性＝0.00019MPa

环境温度影响＝0.000739MPa

估读影响＝0.00029MPa

示值变动量影响＝0.00035MPa

数据修约＝0.0014MPa

标准装置＝0.000287MPa

合成不确定度

Uc＝

测量不确定度报告

＝1.6022MPa，

Ur＝0.00336MPa/1.6022MPa＝0.2097％，k＝2。

六、精密压力表测量不稳定度的解决措施

要想准确分析在原扩展情况下不确定度的评定不合理因素，可依据标准不确定度分量，对于扩展不确定度所做出的贡献作为出发点来进行分析。在面对因测量的重复性所产生的标准不确定度重复叠加在精密压力表估读的标准不确定度上时，应先选取较大数值。因从标准不确定度意义上来看，估读的数值是大于重复性引入的标准不确定度。此外，应着重把控实验室周围的环境温度，保证精密压力表能处在一个稳定不变的温度环境中，这样因环境温度无变化，所以可不去参考因环境温度所引入的评定结果的不确定度。另外，也可针对精密压力表的液位差来修改，但由于其所产生的不确定度误差较小，所以可忽略。

七、评定过程注意事项

不确定度的评定，第一步也是最重要一步是根据测量过程建立合适的测量模型。测量模型既要充分考虑到所有的影响量，又要考虑到所给出影响量是否可方便预估，以便全面评定测量不确定度。大部分的测量可建立通用的测量模型y=f(x1，x2…xn)，输入量x1，x2…xn和测量过程中的相关影响量有关，因此考虑的影响量越多，测量模型越复杂，不确定度的评定过程就越麻烦。实际工作中能简化建立测量模型尽量简化，方便测量过程及不确定度的评定，例如电流测量过程，尽量使用直接测量方式，建立I=Ix的测量模型；当然，在特定要求情况下，通过间接测量方式，使用I=U/R的测量模型，只是这个测量过程更麻烦，不确定度的评定也更复杂，必要时甚至需考虑相关性影响等。因此，无特殊要求，能简化尽量简化，不建议建立复杂的测量模型。

压力表是属于面广量大的计量器具，它被广泛用于工艺检测、质量控制及环境监测等环节，起着重要的作用。为保证其量值准确可靠，必须对其开展检定。此外，测量不确定度是对测量结果怀疑程度的定量表示，是对测量结果质量评价的重要定量表征。不确定度越小，说明测量结果质量越高，使用价值越大；不确定度越大，说明测量结果质量越低，使用价值越低。因此全面分析精密压力表不确定度的来源，正确评定其不确定度具有一定现实意义。

参考文献：

[1]JJF1059.1.《测量不确定度评定与表示》.国家质量监督检验检疫总局发布.中国质检出版社出版.