60MPa活塞式壓力計(jì)不確定度評(píng)定

趙利敏 賀夢(mèng) 郝欣甜

中國(guó)航天科工集團(tuán)第六研究院601所 內(nèi)蒙古呼和浩特 010076

1 測(cè)量方法

將0．05級(jí)活塞式壓力計(jì)與0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)的活塞系統(tǒng)安裝在同一造壓器上，調(diào)節(jié)兩活塞系統(tǒng)的垂直度，用起始平衡法進(jìn)行比較測(cè)量，測(cè)得0．05級(jí)活塞式壓力計(jì)的有效面積。

2 數(shù)學(xué)模型

式中：

P—被測(cè)壓力，Pa；

M—砝碼的質(zhì)量，kg；

A0—活塞的有效面積，cm2；

g—壓力計(jì)使用地點(diǎn)的重力加速度，m/s2；

ρl—工作介質(zhì)密度，kg / m3；

ρa(bǔ)—空氣密度，kg / m3；

ρm—砝碼材料密度，kg / m3；

λ—活塞壓力變形系數(shù)，Pa-1；

h—液柱差，cm；

θ—活塞軸線垂直度夾角；

T—環(huán)境溫度，℃。

3 不確定度來(lái)源

（1）0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)有效面積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)砝碼的質(zhì)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（3）0．05級(jí)活塞式壓力計(jì)砝碼的質(zhì)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（4）活塞軸線的垂直度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（5）溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（6）活塞式壓力計(jì)鑒別力引用的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（7）活塞式壓力計(jì)活塞壓力形變系數(shù)引用的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（8）活塞重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

（1）0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)有效面積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1。

按B類不確定度評(píng)定，由檢定規(guī)程知，0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)的活塞有效面積的最大允許誤差為±0．01% ，正態(tài)分布，包含因子k=3，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

（2）0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)活塞承重盤上專用砝碼m引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2。

按B類不確定度評(píng)定，0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)活塞承重盤上專用砝碼的允許誤差為±0．008%，按正態(tài)分布考慮，包含因子k=3，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

（3）0．05級(jí)活塞式壓力計(jì)活塞承重盤上專用砝碼m′引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3。

按B類不確定度評(píng)定，因?yàn)榧釉?．05級(jí)、0．02級(jí)活塞壓力計(jì)承重盤上的專用砝碼是具有相同品質(zhì)的配套砝碼，所以本分量評(píng)定與4．2項(xiàng)相同：

u3=u2=2．7×10-5A′，相對(duì)值為 2．7×10-5

（4）活塞軸線的垂直度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4。

按B類不確定度評(píng)定，0．02級(jí)活塞壓力計(jì)活塞安裝的垂直度偏差小于2′，此分量服從均勻分布，取k=，則

（5）溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5。

按B類不確定度評(píng)定，檢定證書給出的活塞有效面積是20℃時(shí)的值，檢定規(guī)程規(guī)定0．02級(jí)活塞壓力計(jì)使用溫度為（20±2）℃，由技術(shù)說(shuō)明書知活塞桿與活塞筒材料的線膨脹系數(shù)為4．5×10-6℃-1，此分量服從均勻分布，取k=，則

u5=4．5×10-6℃-1×2℃ /=5．2×10-6

（6）活塞式壓力計(jì)鑒別力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u6。

按B類不確定度評(píng)定，壓力計(jì)的鑒別力應(yīng)小于能產(chǎn)生相當(dāng)于最大允許誤差10%壓力的砝碼質(zhì)量值，視為均勻分布，取k=，則其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（7）測(cè)量上限60MPa活塞式壓力計(jì)活塞的壓力形變系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u7。

按B類不確定度評(píng)定，0．02級(jí)活塞式壓力計(jì)的活塞桿與筒均為炭化鎢材料，由技術(shù)說(shuō)明書知壓力形變系數(shù)為7．2×10-7MPa-1，此分量服從均勻分布，取k=，則

u7=60×5%×7．2×10-7=2．2×10-6

4．8 60MPa活塞重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量見(jiàn)表1

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

上述各不確定度分量不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

60MPa活塞式壓力計(jì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

7 擴(kuò)展不確定度

Urel=k·uc=2×7．1×10-5=0．014%（k=2）

8 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

經(jīng)分析60MPa活塞式壓力計(jì)測(cè)量值的擴(kuò)展不確定度為：

Urel=k·uc=2×7．1×10-5=0．014%（k=2）