空盒氣壓表示值修正值測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定的研究

(廣西壯族自治區(qū)計(jì)量檢測(cè)研究院 廣西 南寧 530007)

一、概述

1.測(cè)量依據(jù)：參考JJG272-2007《空盒氣壓表和空盒氣壓計(jì)》檢定規(guī)程。

2.環(huán)境條件

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沒(méi)有陽(yáng)光直接照射、過(guò)大的空氣流動(dòng)和較大的振動(dòng)，室內(nèi)溫度波動(dòng)度不大于±2℃。

3.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：壓力控制器，準(zhǔn)確度等級(jí)：0.01級(jí)，測(cè)量范圍：(10～1580)hPa a.

4.測(cè)量對(duì)象

空盒氣壓表,測(cè)量范圍：(860～1050)hPa;

最小分度值：1hPa

典型檢定點(diǎn)：860hPa；1010hPa。

5.測(cè)量方法

空盒氣壓表是用于測(cè)量大氣壓力的儀表。檢定空盒氣壓表是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，用空氣作工作介質(zhì)，應(yīng)用直接比較法進(jìn)行的。檢定時(shí)，將被檢氣壓表放在的氣壓計(jì)檢定箱內(nèi)，氣壓檢定箱僅與壓力控制器和壓力/真空泵等氣壓控制系統(tǒng)相連通，與環(huán)境大氣壓隔絕。用壓力/真空泵使氣壓檢定箱內(nèi)的絕對(duì)壓力穩(wěn)定在檢定點(diǎn)上，待氣壓穩(wěn)定后讀取空盒氣壓表的示值，用壓力控制器測(cè)得箱內(nèi)的氣壓，用氣壓檢定箱內(nèi)的溫度傳感器測(cè)量箱內(nèi)的溫度，依據(jù)檢定規(guī)程的計(jì)算公式，可計(jì)算得到空盒氣壓表的示值修正值。

二、數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型可以用示值誤差的形式給出：

Δp升——升壓行程各檢定點(diǎn)的氣壓差值，hPa;

Δp降——降壓行程各檢定點(diǎn)的氣壓差值，hPa;

式中

Kt——被檢空盒氣壓表的溫度系數(shù)，hPa/℃；

t′——升壓行程各檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度值，℃；

t″——降壓行程各檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度值，℃。

三、靈敏系數(shù)

四、輸入量Δp升的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp升)的評(píng)定

(一)輸入量Δp升的不確定度來(lái)源

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp升)由下列不確定度分項(xiàng)構(gòu)成：

1.由標(biāo)準(zhǔn)氣壓儀測(cè)量誤差引入的不確定度分項(xiàng)u(p標(biāo))；

2.空盒氣壓表測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分項(xiàng)u(p表1)；

3.空盒氣壓表估讀誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(p表2)；

4.由溫度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度引入的不確定度分項(xiàng)u(Kt)；

5.由標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)(氣壓檢定箱溫度計(jì))測(cè)量誤差引入的不確定度分項(xiàng)u(t)；

3.由壓力控制器顯示分辨力引入的不確定度分項(xiàng)可忽略不計(jì)。

(二)各不確定度分項(xiàng)的評(píng)定

1.不確定度分項(xiàng)u(p標(biāo))

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p標(biāo))的主要來(lái)源是壓力控制器測(cè)量誤差。壓力控制器的最大允許誤差為±0.01%FS。最大允許誤差的模即為半寬：

a=|±0.01%×(1580-10)|=0.157(hPa)

各檢定點(diǎn)由壓力控制器測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p標(biāo))相同。

2.空盒氣壓表測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分項(xiàng)u(p表1)；

空盒氣壓表的測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u(p表1)屬于A類評(píng)定，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。

數(shù)據(jù)列可以選取一些有代表性的點(diǎn)，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量來(lái)得到。檢定時(shí)，在檢定點(diǎn)：860hPa、1010hPa分別重復(fù)測(cè)量10次得到測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示

表1

以860hPa檢定點(diǎn)升壓行程為例計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

首先求空盒氣壓表示值的平均值：pd=510.28(hPa)

求單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

同樣計(jì)算得1010hPa檢定點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差如表4.2.2所示。

在實(shí)際檢定工作中，檢定一個(gè)循環(huán)，在每個(gè)檢定點(diǎn)得到一個(gè)升壓行程示值和一個(gè)降壓行程示值，分別計(jì)算升壓行程示值和降壓行程示值的氣壓差值。則可得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

860hPa檢定點(diǎn)(升壓行程)：u(p表1)=s(p)=0.215hPa

1010hPa檢定點(diǎn)(升壓行程)：u(p表1)=s(p)=0.270hPa

3.被檢空盒氣壓表估讀誤差引入的不確定度分項(xiàng)u(p表2)

各檢定點(diǎn)空盒氣壓表的分度值一致，所以各檢定點(diǎn)由估讀誤差引入的不確定度分項(xiàng)u(p表2)相同。

由于標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p表)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(p表1)、u(p表2)之間沒(méi)有值得考慮的相關(guān)性，故輸入量p表的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

5.由溫度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度引入的不確定度分項(xiàng)u(Kt)

由“空盒氣壓表溫度系數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定”可知，溫度系數(shù)測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

U=0.013hPa·℃-1(k=2)

所以由溫度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(Kt)為：

u(Kt)=0.013/2=0.0065(hPa·℃-1)

式中：升壓行程各檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度值(即氣壓檢定箱內(nèi)的溫度值)t′為20.0℃;

6.由標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量誤差引入的不確定度分項(xiàng)u(t)；

標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)(即氣壓檢定箱溫度計(jì))的最大允許誤差為：±0.3℃。最大允許誤差的模即為半寬：

a=0.3℃

式中：溫度系數(shù)Kt取最大值0.26hPa·℃-1;

各檢定點(diǎn)由標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(t)相同。

(二)輸入量Δp升引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp升)的計(jì)算

由于標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp升)的各不確定度分項(xiàng)之間沒(méi)有值得考慮的相關(guān)性，故輸入量Δp升的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

860hPa檢定點(diǎn)：

=0.294(hPa)

1010hPa檢定點(diǎn)：

五、輸入量Δp降的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp降)的計(jì)算

按第4條方法計(jì)算得到輸入量Δp降的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Δp降)如下：

860hPa檢定點(diǎn)：

1010hPa檢定點(diǎn)：

六、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

因輸入量Δp升和Δp降之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)，取相關(guān)系數(shù)r=1，得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為

860hPa檢定點(diǎn)：uc=(0.147+0.139)/2=0.143(hPa)

1010hPa檢定點(diǎn)：uc=(0.168+0.174)/2=0.171(hPa)

七、擴(kuò)展不確定度

取k=2，于是擴(kuò)展不確定度為

860hPa檢定點(diǎn)：U=uc×k=0.143×2=0.29(hPa)(k=2)

1010hPa檢定點(diǎn)：U=uc×k=0.171×2=0.34(hPa)(k=2)

八、測(cè)量不確定度報(bào)告

表2