一般工作壓力表測量不確定度評定

蔣常紅

摘要：壓力計(jì)量儀表在工業(yè)化進(jìn)程中被廣泛使用，一般工作壓力表就是其中的一種主要儀表。本文通過具體的評定步驟對一般工作壓力表測量的不確定度進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：一般壓力表;測量;不確定度;評定

一、一般工作壓力表的基本結(jié)構(gòu)

在工業(yè)化進(jìn)程中，由于一般工作壓力表中的彈性敏感元件生產(chǎn)比較便利、機(jī)械強(qiáng)度高的特性，因而被大范圍的使用在工業(yè)中的技術(shù)測量領(lǐng)域。一般工作壓力表主要包括壓力真空表、真空表以及精確度<=1 級的壓力表。

一般工作壓力表主要由四部分組成其基本結(jié)構(gòu)：彈簧管、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、指示裝置和包裝保護(hù)。其中的傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)由不同的齒輪、指針軸和游絲組成，指示裝置由表盤和指針組成，外部保護(hù)主要包括外殼和玻璃表盤以及罩殼。

二、一般工作壓力表的運(yùn)行原理

一般工作壓力表的主要工作原理為：在一定的彈性范圍內(nèi)，彈簧管的外形受壓力和真空影響產(chǎn)生變化，導(dǎo)致彈簧管的端口發(fā)生位移，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將彈簧管的位移變化信息傳遞給一般壓力表的指針裝置，指針裝置在表盤上顯示出相應(yīng)的壓力值，在這個(gè)過程中，彈簧管和壓力構(gòu)成線性關(guān)系。

三一般工作壓力表測量不確定度評定

（一）概述：

1 依據(jù)：JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程。

2 環(huán)境條件：溫度為（20±5）℃，相對濕度不大于85%，環(huán)境壓力：大氣壓。

3 測量標(biāo)準(zhǔn)：0.4 級（0～2.5）MPa 分度值0.02MPa 的精密壓力表。

4 被測對象及方法：利用直接測量法對1.6 級（0～2.5）MPa 分度值0.05MPa 的一般工作壓力表進(jìn)行檢定來評定測量不確定度。

（二）數(shù)學(xué)模型：

根據(jù)上面分析，被檢表的示值誤差△可以寫成下式的模式：△=Px -PB

式中： Px ――――――被檢表示值

（三）靈敏系數(shù)：

靈敏系數(shù)：c2 （Px ）=э△/эPx=1 c2 （PB）=э△/эPB=-1

uc――――――――被檢表示值誤差相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

ux――――――――被檢表示值誤差相對不確定度

uB――――――――標(biāo)準(zhǔn)表示值誤差相對不確定度

（四）輸入量測量重復(fù)性影響分量u x1 （A 類評定）

取2MPa 測量點(diǎn)（全量程檢定此點(diǎn)變化較大）的重復(fù)性估算其相對測量不確定度。輸入量測量重復(fù)性影響分量u x1 。在相同條件下，對該被測壓力表在2MPa 測量點(diǎn)重復(fù)測量10 次（升壓、降壓各測量5 次），測得數(shù)據(jù)如下：（單位：MPa）

2.001.991.991.992.001.992.002.001.992.00

則：算術(shù)平均值x1.995 MPa單次測量標(biāo)準(zhǔn)差：S=

0.00531（ ）1012

nx xii MPaux1 = Sx= S/ 10 =0.0017 MPa 自由度1=9

（五）壓力表檢定裝置的誤差引起的不確定度uB（B類評定）

1 輕敲位移引起示值變動(dòng)量影響分量uB1JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程規(guī)定輕敲位移引起示值變動(dòng)量是測量點(diǎn)允許誤差絕對值的一半（即0.04/2.5 MPa），按均勻分布K= 3 故：

uB1 = 0.02/ 3 =0.0115 MPa估計(jì)△uB/ uB=10%，故自由度 2 =（1/2）×（10%） -2=50

2 被評定的一般工作壓力表估計(jì)讀數(shù)影響分量uB2

在實(shí)際測量時(shí)，壓力表的示值按分度值的1/5 估讀，被測壓力表的分度值為0.05MPa，該誤差分布遵從均勻分布，K= 3uB2= 0.01/ 3 =0.0058 MPa其估算值可靠性為25%，故自由度 3=（1/2）×（25%） -2=8

3 參考的標(biāo)準(zhǔn)精密壓力表（標(biāo)準(zhǔn)表）不確定度分量uB3

標(biāo)準(zhǔn)表最大允許誤差由上一級檢定部門出具檢定證書0.4級（0-2.5）MPa，在其半寬a=0.010 MPa 內(nèi)均勻分布，K= 3 。uB3=a/ 3 =0.0058 MPa估計(jì)△uB/ uB=10%， 故其自由度vB3=（1/2）×（10%） -2=50

4 環(huán)境溫度因素影響分量uB4

根據(jù)檢定規(guī)程，工作壓力表的檢定溫度為（20±5）℃，因此在進(jìn)行壓力表檢定時(shí)，壓力表由此產(chǎn)生的誤差為kt（t-20℃）p，其中，彈簧管的溫度系數(shù)kt=0.0004∕℃，滿量程p=5 MPa，在區(qū)間內(nèi)屬均勻分布，則uB4=（0.0004×5×2.5）/ 3 =0.0029 Mpa估計(jì)其10%不可靠性， 故其自由度vB4=50

（六）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表：

（七）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

uc =u x u2 B 21=0.014MPa

（八）有效自由度

eff= uc4/（ux14/ 1+uB4/ B）=∞

按此有效自由度查置信概率（p=95%）的tp（ ）分布系數(shù)表，得包含因子k=t95（ eff）=1.96

（九）擴(kuò)展不確定度計(jì)算：

U95=t95（ eff）×uc=1.96×0.014=0.028MPa

（十）擴(kuò)展不確定度報(bào)告：

被測壓力表在2MPa 測量點(diǎn)的測量不確定度為：U95=0.028MPa，有效自由度 eff=∞， 置信概率p=95% 。

參考文獻(xiàn)：

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[3] JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程

[4] JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》