壓力變送器測(cè)量沖擊壓力不確定度評(píng)定

【摘要】目前在檢測(cè)檢驗(yàn)中，對(duì)所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備和試驗(yàn)方法是必須給出相應(yīng)的不確定度，一方面便于使用它的人評(píng)定其可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果之間的可比性及溯源性。本文是對(duì)壓力變送器測(cè)量沖擊壓力為例，做一次完整的不確定度評(píng)定。

【關(guān)鍵詞】不確定度；壓力變送器

1.研究不確定度的意義

不確定度在本質(zhì)上是由于測(cè)量技術(shù)水平、人類認(rèn)識(shí)能力所限造成的。同時(shí)它也是判定基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)精度、檢測(cè)水平高低以及測(cè)量質(zhì)量的一個(gè)重要依據(jù)。在ISO/IEC導(dǎo)則25“校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室與測(cè)試實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求”中指明，校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的每份證書或報(bào)告必須包含有關(guān)校準(zhǔn)或測(cè)試結(jié)果不確定度的說(shuō)明。不確定度如果評(píng)定過(guò)大，會(huì)使用戶認(rèn)為現(xiàn)有的測(cè)量水平不能滿足需要而去購(gòu)買更加昂貴的儀器，導(dǎo)致不必要的投資，造成浪費(fèi)，或?qū)z定實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)工作產(chǎn)生干擾；不確定度評(píng)定過(guò)小，會(huì)因要求過(guò)于嚴(yán)格對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)加工造成危害，使企業(yè)蒙受經(jīng)濟(jì)損失。所以測(cè)量不確定度必須正確評(píng)定。

2.不確定度的定義

測(cè)量不確定度的定義為：與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系參數(shù)，表征合理地賦予被測(cè)量量值的分散性。由于測(cè)試技術(shù)的不完善，人類認(rèn)識(shí)能力所限，被測(cè)量的“真值”是不可知的，在實(shí)際工作中能得到的僅是“合理賦予被測(cè)量的值”，且不止一個(gè)，可以是多個(gè)。這些值的分散性就是不確定度。它表示出測(cè)量結(jié)果的范圍，被測(cè)量的真值以一定的概率落于其中。

3.概述

本文使用兩臺(tái)壓阻式壓力變送器對(duì)沖擊壓力同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

3.1測(cè)量依據(jù)：JJG624-2005動(dòng)態(tài)壓力傳感器檢定規(guī)程。

3.2測(cè)量環(huán)境：溫度：20℃，相對(duì)濕度：67% 。

3.3測(cè)量方法：使用兩臺(tái)壓阻式壓力變送器直接讀取沖擊壓力值，并對(duì)兩個(gè)值取平均。

4.數(shù)學(xué)模型

壓力變送器示值的數(shù)學(xué)模型為：k=k1/2+ k2/2。k——被測(cè)壓力（MPa）；k1----壓力變送器1示值（MPa）。k2----壓力變送器2示值（MPa）。

5.標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以分為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用對(duì)觀測(cè)列的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評(píng)定得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用不同于對(duì)觀測(cè)列的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5.1A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度UA的評(píng)定。由壓阻式壓力變送器人為讀數(shù)誤差及壓力穩(wěn)定性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，在標(biāo)準(zhǔn)值0.46MPa下的10個(gè)數(shù)據(jù)如表1。其中測(cè)試值1為壓阻式壓力變送器1的值，測(cè)試值2為壓阻式壓力變送器2的值。測(cè)試數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差如表1。

表1

次數(shù) 測(cè)試值1

（MPa） 測(cè)試值2

（MPa）

1 0.461 0.457

2 0.468 0.462

3 0.463 0.464

4 0.467 0.459

5 0.466 0.456

6 0.463 0.461

7 0.467 0.463

8 0.458 0.462

9 0.462 0.457

10 0.464 0.459

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.00314 0.00279

標(biāo)準(zhǔn)偏差根據(jù)公式求得：

xi----每次實(shí)際測(cè)試值，----平均值，νA為自由度。

5.2B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度UB的評(píng)定。此類不確定度由壓阻式壓力變送器自身誤差引入的不確定度。通過(guò)變送器自校證書得到精度等級(jí)為0.5級(jí)，固極限誤差為±0.5%，均勻分布，估計(jì)其可靠性10%。

所以變送器自身不確定度UB=0.29%，自由度VB為50。

6.標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽

表2

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 不確定度

的來(lái)源 標(biāo)準(zhǔn)不

確定度 靈敏

系數(shù) 靈敏系數(shù)修正后的不確定度 自由度vi

1（MPa） 2（MPa） 1（MPa） 2（MPa）

UA 測(cè)量重復(fù)性 0.00314 0.00279 1 0.00314 0.00279 9

UB 測(cè)試儀

自身誤差 0.0029 0.0029 1 0.0029 0.0029 50

7.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān)，且兩臺(tái)壓阻式壓力變送器彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用下式得到：壓阻式壓力變送器1：=0.00427=0.427% MPa。壓阻式壓力變送器2：=0.00402=0.402% MPa。被測(cè)壓力：=0.00293=0.293% MPa

8.有效自由度計(jì)算

由有效自由度計(jì)算公式：壓阻式壓力變送器1：Veff1=27。壓阻式壓力變送器2：Veff2=32。被測(cè)壓力：Veff=58。

9.計(jì)算擴(kuò)展不確定度評(píng)定

取p=95%，Veff1=27，查t分布表得KP=2.052，則擴(kuò)展不確定度按照公式：UP=KPUC，得到壓阻式壓力變送器1：U1=0.876%MPa；取p=95%，Veff2=32，查t分布表得KP=2.036，則擴(kuò)展不確定度按照公式：UP=KPUC，得到壓阻式壓力變送器2：U2=0.818%MPa。取p=95%，Veff2=58，查t分布表得KP=2.001，則擴(kuò)展不確定度按照公式：UP=KPUC，得到被測(cè)壓力：U=0.586% MPa。

10.不確定度最后報(bào)告

壓阻式壓力變送器1：U1=0.876% MPa，P=95%，veff1=27，KP =2.052；壓阻式壓力變送器2：U2=0.818% MPa，P=95%，veff2=32，KP=2.036。被測(cè)壓力：U=0.586% MPa，P=95%，veff2=58，KP=2.001。

11.結(jié)論

本文完整的對(duì)壓阻式壓力變送器測(cè)量沖擊壓力進(jìn)行了不確定度評(píng)定，從數(shù)據(jù)中可以看出，對(duì)兩臺(tái)壓阻式壓力變送器的值取平均后所得的不確定度比單臺(tái)壓阻式壓力變送器直接測(cè)量的不確定度要低不少。

作者簡(jiǎn)介

唐瓚（1982-）男，重慶市人，工程師，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，目前在中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司主要從事礦用產(chǎn)品檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)和裝置的科研開發(fā)工作。