精密壓力表檢定裝置的測量結果不確定度評定

李秋艷

（空軍工程大學航空機務士官學校 河南·信陽 464000）

0 引言

壓力表在科研生產和航空裝備中使用量很大，具有顯示穩定，操作簡便的特點。為確保壓力表技術指標的準確可靠以及量值的溯源性，建立精密壓力表檢定裝置。主要傳遞對象是 0.25級及以下精密壓力表，檢定壓力范圍（-0.09～ 60）MPa。

1 測量標準的組成和工作原理

1.1 組成

由0.05級數字精密壓力表和壓力發生器（便攜氣壓泵、臺式壓力泵）按檢定要求連接組成，其性能參數如表1所示。

表1：主標準器及其配套設備性能

1.2 工作原理

精密壓力表檢定裝置工作原理是根據帕斯卡定律（在密閉容器中液體等值傳遞所受壓強），采用0.05級精密壓力表作為標準器，檢定時按圖1的方式連接，采用直接比較法進行量值傳遞。按照檢定規程中檢定方法，將被檢壓力表與不同量程精密數字壓力表安裝在同一密閉壓力回路的檢定裝置上進行比較，分別讀取被檢表的示值和標準表的示值，計算被檢壓力表的示值誤差、回程誤差及輕敲位移，作為判定被檢表的測量值是否符合技術要求的依據。

圖1：精密壓力表檢定裝置工作原理

1.3 依據的規程

JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真空表》。

GJB2749A-2009《軍事計量測量標準建立與保持通用技術要求》。

2 測量標準的重復性

根據 GJB 2749A，本文選用重復性較好的 0.25級YB-150B精密壓力表作為被測對象，考核裝置的重復性。

2.1 （0～4）MPa精密數字壓力表的重復性

用編號為211H20080008，0.05級精密數字壓力表對一只測量范圍為（0-6.0）MPa，編號為 AU20044013的YB-150B精密壓力表,取其4 MPa點為測試點，在裝置正常條件下，等精度測量重復10次，各次測得值見表2。

表2

計算可得，（0～4）MPa精密數字壓力表的重復性S=0.00158(MPa)。該重復性數據在不確定度評定總加以采用。

2.2 其他測量范圍精密數字壓力表的重復性

測試點選擇及計算同上。

3 測量結果的不確定度評定

3.1 概述

（1）測量依據：JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真空表》。

（2）測量環境條件：溫度（20±2）℃，濕度≤80%RH。

（3）測量標準：0.05級精密數字壓力表。

（4）被測對象及評定點：測量范圍：0～4MPa，準確度等級：0.25級，4 MPa點。

（5）測量方法：直接比較法。

（6）使用條件：符合上述條件的測量結果，一般均可參照使用本方法進行測量結果的不確定度評定。

3.2 數學模型及測量不確定度來源分析

根據壓力測量原理和方法，建立被測量的數學模型。示值誤差的計算公式為：

式中：△——示值誤差（MPa）；

P——被檢表某檢定點示值（MPa）；

表3：MPa點的標準不確定度分量匯總表

Ps——標準表該檢定點示值（MPa）。

由此可得，示值誤差的測量不確定度主要來源于被檢表的讀數和標準表自身誤差的影響。與測量標準有關的不確定度來源有：

（1）測量重復性引入的標準測量不確定度u P；

（2）主標準器誤差引入的標準測量不確定度u Ps；

（3）被檢表估讀引入的標準測量不確定度uP；

（4）環境溫度引入的標準測量不確定度u PT。

分析JJG49-2013的要求，被檢表進行示值估讀會對測量結果的影響，uP應該考慮。根據被檢表技術說明書的規定，標準溫度條件下對其準確度等級無影響，u PT可以忽略。綜合后其測量模型為：

式中：P——被檢表某檢定點估讀引入的誤差（MPa）。

由上面分析知各輸入量間相互獨立，均互不相關，所以根據測量模型并由不確定度傳播律公式可得到被測量估計值的合成標準不確定度。從而，靈敏系數計算如下：

考慮到被檢表讀數的重復性和估讀引入的誤差存在重復，在合成標準不確定度時應將二者中較小值舍去。

3.3 標準不確定度分量的評定

采用A類方法進行評定。通過對檢測點進行重復性測量，按貝塞爾公式計算實驗標準偏差S，作為重復性定量表征。直接取用（0～4）MPa精密數字壓力表在4Mpa點的重復性，S=0.00158（MPa）。其測量次數為10次，則測量重復性引入的標準測量不確定度計算為：

采用 B類方法進行評定。計量標準采用為0.05級，量程為4MPa精密數字壓力表，最大允差計算為：

其區間半寬度a=0.00020MPa，按均勻分布估計，則其標準不確定度計算為：

計量標準引入的標準不確定度分量。

該壓力表的最小分度值為0.02MPa，規程規定人員估讀到最小分度值的1/5，估讀誤差為0.004MPa，故半寬a=0.002 MPa，按均勻分布估計，則其標準不確定計算為：

3.3.4 環境溫度引入的標準測量不確定度uB3

該項已經按要求忽略。

3.4 標準不確定度分量的匯總與合成

3.4.1 不確定度分量的匯總

綜上所述，準確度等級為0.25級的（0～4）MPa精密壓力表在4 MPa點的標準不確定度分量匯總如表4。

3.4.2 合成標準不確定度計算

由于各分量之間相互獨立，互不相關，考慮到被檢表讀數的重復性和估讀引入的誤差存在重復，在合成標準不確定度時應將二者中被檢表讀數的重復性因數值較小舍去。因此，合成標準不確定度：

3.4.3 擴展不確定度

取k=2，擴展不確定度為：

由不確定度分量表可知，標準引入的不確定度分量較小，被測件本身引入的不確定度分量占主要貢獻，不確定度基本符合要求。

可認為被測量的分布近似為正態分布，k=2時，U確定的區間具有的包含概率約為95%。