弹簧管式精密压力表示值误差测量结果的不确定度评定

弹簧管式精密压力表示值误差测量结果的不确定度评定摘要：本文提出了对检定0.4级(0.4~60)MPa弹簧管式精密压力表示值误差测量结果的不确定度评定方法。关键词：弹簧管式精密压力表；示值误差；不确定度；评定1.概述1.1测量方法：依据JJG49-1999《弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》。1.2环境条件环境温度：（20±3）℃相对湿度：不大于85%环境压力：大气压。精密压力表应在上述条件下静置2h方可进行检定。1.3测量标准二等标准活塞式压力计在上述环境条件下复现的压力值的相对极限误差为：△rel=±0.05%1.4测量过程在规定的环境条件下，将精密压力表安装在二等活塞式压力计的检定位置上，平衡地升压或降压，对各检定点进行示值检定，对每一检定点，在升压（或降压）检定时，轻敲表壳前、后的示值与二等活塞式压力计复现的压力值之差即为精密表在该检定点的示值误差。1.5评定结果的使用在符合上述条件且测量上限为(0.4~60)MPa的0.4级弹簧管式精密压力表，可使用本测量不确定度的评定结果。2.数学模型：△P=P-PB式中：△P—精密表的示值误差（MPa）；P—精密表升压（或降压）检定时，轻敲表壳前、后的示值（MPa）；PB—二等活塞式压力计复现的压力值（MPa）。3.输入量的标准不确定度评定3.1输入量P的标准不确定度u(P)的评定输入量P的不确定度主要来源于精密表的轻敲位移和读数分辨力,下面分别加以评定。3.1.1轻敲位移引入的标准不确定度u1(P)按照JJG49-1999规程的规定，对每一检定点，在升压（或降压）和降压（或升压）检定时，轻敲表壳后引起的指针示值变动量，应不大于允许误差绝对值的1/2。这符合现行国际标准ISO5725-1994《测量方法与测量结果的准确度》给出的重复性限r的定义：在重复性条件下，两次测量结果之差，以95%的置信概率，不致超过的值。因此对于测量上限为(0.4~60)MPa的0.4级弹簧管式精密压力表，有：r=(1/2)mpev=(1/2)×0.4%pmax=0.002pmax上式中：mpev—最大允许误差的绝对值；pmax—特征值，测量上限与测量下限之差。于是有：u1(P)=r/(2)=0.002pmax/(2)=0.00071pmax3.1.2读数分辨力δx引入的标准不确定度u2(P)按照JJG49-1999规程规定，检定时精密表的示值按分度值的1/10估读。分辩力按《JJF1001-1999》定义为：显示装置能有效辩别的最小示值差。今将0.4级测量上限为(0.4~60)MPa的精密表的最小分度值d和读数分辩力δx列于下表。测量上限(MPa)0.40.61.01.62.54d(MPa/格)0.0020.0050.0050.010.020.02δx(MPa)0.0005pmax0.00083pmax0.0005pmax0.000625pmax0.0008pmax0.005pmax测量上限(MPa)61016254060d(MPa/格)0.050.050.10.20.20.5δx(MPa)0.00083pmax0.0005pmax0.000625pmax0.0008pmax0.0005pmax0.00083pmax从上表可看出，δx≤0.00083pmax，于是有：u2(P)=0.5δx/=0.29δx=0.29×0.00083pmax=0.00024pmax输入量P的标准不确定度为：u(P)=pmax=0.00075pmax3.2输入量PB的标准不确定度u(PB)的评定测量上限为(0.4~60)MPa的二等活塞式压力计在上述环境条件下，对精密表指针轴与活塞下端面不在同一水平面上产生的液柱高度差已经进行了修正，则其复现的压力值的相对极限误差为：△rel=±0.05%相对于0.4级测量上限为(0.4~60)MPa的精密表的各检定点，二等活塞压力计复现的压力值的极限误差为：mpe=±0.05%PB=±0.0005PB均不超过±0.0005pmax（因为对于每个被检表的各检定点的PB均不超过其测量上限pmax），视为均匀分布，则有u(PB)=0.0005pmax/=0.00029pmax4.合成标准不确定度的评定4.1单次测量的合成标准不确定度的评定数学模型△P=P-PB灵敏系数c1=1c2=-1单次测量的合成标准不确定度：uc(△P)=pmax=0.00080pmax4.2若以升，降压轻敲后读数的算术平均值与活塞压力计复现的压力值之差△P′作为检定结果，则其数学模型为：△P′=-PBpmax/=0.00053pmax则其合成标准不确定度为uc(△P′)=[u2()+u2(PB)]1/2=pmax=0.00060pmax5.扩展不确定度U(△P)及U(△P′)的评定0.4级测量上限为(0.4~60)MPa的弹簧管式精密压力表各检定点升压过程轻敲前后，降压过程轻敲前后单次测量的示值误差△P的扩展不确定度为：U(△P)=kuc(△P)=2×0.00080pmax=0.0016pmaxk=2若以升、降压轻敲后读数的算术平均值与活塞压力计复现的压力值之差△P′作为检定结果，则其扩展不确定度为：U(△P′)=kuc(△P′)=2×0.00060pmax=0.0012pmaxk=26.测量不确定度报告0.4级测量上限为(0.4~60)MPa的弹簧管式精密压力表各检定点升压过程轻敲前后，降压过程轻敲前后单次测量的示值误差△P的扩展不确定度为：U(△P)=0.0016pmax若以升、降压过程轻敲后读数的算术平均值与活塞压力计复现的压力值之差△P′作为检定结果，则其扩展不确定度为：U(△P′)=0.0012pmax所给出的扩展不确定度是由各自的合成标准不确定度乘以包含因子k=2得到的。参考文献：[1]JJF1059-1999测量不确定度评定与表示。[2]JJG49-1999弹簧管式精密压力表和真空表检定规程。作者简介：翁煜彬,男,福建省龙岩市计量所所长通讯地址：福建省龙岩市新罗区溪南路40号(364000)