軟管連接隔膜壓力表測試結果的分析

張敏 吳超

（1、上海市寶山區(qū)計量質(zhì)量檢測所力學室，上海 200940 2、上海博尼計量測試有限公司，上海 200333）

1 概述

在JJG1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》4.8條名詞術語定義中的注指出：測量不確定度包括由系統(tǒng)影響引起的分量，如與修正量和測量標準所賦量值有關的分量及定義的不確定度。有時對估計的系統(tǒng)影響未作修正，而是當作不確定度分量處理。[1]

考慮到小量程軟管連接隔膜壓力表（以下簡稱壓力表）計量檢測時與標準表的液位高度差是沒有規(guī)定技術要求和技術指標的，因此由檢測位置的不受控引起的檢測結果是不同的，有時甚至是有顯著差異的。

文章針對壓力表不同液位高度的壓力示值技術指標進行了計量測試實驗，通過數(shù)據(jù)分析給出實驗結果及其特點，評定方法和實驗結果可供行業(yè)專業(yè)人員及使用者借鑒、參考。

2 不確定度評定過程

2.1 測量依據(jù)

目前小量程軟管連接隔膜壓力表的計量檢測一般參照JJG 52-2013《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]也可以經(jīng)過認可依據(jù)JB/T 8624-1997《隔膜壓力表》行業(yè)標準。

2.2 計量標準

標準表：測量范圍(0～0.4)MPa,0.4 級。

2.3 被測對象

壓力表：測量范圍(0～0.4)MPa,1.6 級。

2.4 示值測量方法

2.4.1 測量條件

參照JJG 52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程，檢測壓力示值時，環(huán)境條件須滿足下列要求：

a.測量溫度：（20±5）℃；

b.相對濕度：≤85%；

c.環(huán)境壓力：大氣壓力；

d.工作介質(zhì)：空氣；

e.放置時間：在壓力表以上環(huán)境條件下放置不少于2h。

2.4.2 壓力示值檢測方法

2.4.2.1 壓力表豎直安裝并連接標準壓力表及壓力發(fā)生器，計量檢測連接見圖1。

圖1 壓力表檢測連接示意圖

放置分為三種形式：

a.壓力表表盤高于連接法蘭1m 處；

b.壓力表表盤于法蘭在同一水平面；

c.壓力表表盤低于連接法蘭1m 處。

2.4.2.2 在檢測過程中對檢測點進行升壓檢測時，要按照平穩(wěn)升壓的準則，對各個檢測點的示值進行檢測。當壓力表、標準壓力表組成的壓力系統(tǒng)達到壓力穩(wěn)定平衡時，要輕敲表殼，比較壓力表輕敲前、后的讀數(shù)，能夠計算并獲到壓力表的壓力示值以及示值誤差。

2.4.2.3 檢測結束后，檢查壓力表零位是否符合要求，在零壓力的情況下，對于帶有指針銷的壓力表，觀察指針是否緊靠指針銷；對于沒有指針銷的壓力表，觀察零位是否位于零位標志處。

2.5 數(shù)學模型

壓力表的測量模型

式中：δ- 壓力表的示值誤差，單位：MPa；

p- 壓力表的壓力示值平均值，單位：MPa；

ps- 標準壓力表的壓力值，單位：MPa；

Δp- 液位差引起的壓力附加值，單位：MPa。

標準不確定的來源：

a.標準壓力表差值引起的不確定度；

b.壓力表示值差值引起的不確定度；

c.由于被壓力表分辨力引起的不確定度；

d.液位差引起的不確定度。

2.6 不確定度傳播律

由于壓力表測量模型各輸入量并不相關，故相關系數(shù)為零，根據(jù)不確定度傳播律，檢測結果的合成標準不確定度為：

2.7 輸入量標準不確定度評定

2.7.1 壓力表引入的標準不確定度u（p）

u（p）由二部分產(chǎn)生，一部分來源于測量的重復性，設為u11、另一部分來源于壓力表的示值分辨力引入，設為u12。

將壓力表在不同液位差狀態(tài)下各重復檢測10 次，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 壓力表不同位置檢測數(shù)據(jù)

用A 類方法評定。根據(jù)貝塞爾公式計算得到單次測量值pi的實驗標準偏差為s（pi），故有：

0.100MPa 檢測點處數(shù)據(jù)根據(jù)（3）～（7）式計算，

2.7.2 標準表誤差限引入的標準不確定度u（ps）

式中：h- 檢測時存在的液面高度差，高于標準表液面的為“+”值，低于標準表液面的為“-”值，單位：m；

ρ- 壓力傳遞介質(zhì)為空氣，密度值及單位：1.29kg/m3；

g- 壓力表檢測地點在上海市，重力加速度值及單位：9.7946m/s-2。

由于空氣密度ρ 及上海檢測地點的重力加速度g的數(shù)據(jù)為文獻公布常數(shù)，引起的不確定度可以略去，故有。

將（14）式u（h）=0.00031m，及ρ=1.29kg/m3，g=9.7946m/s-2代入（10），

即得：

2.7.4 標準不確定度匯總

壓力表檢測結果的各項不確定度分量見表2。

表2 不確定度分量綜合表

2.8 合成標準不確定度

將表3 相關數(shù)據(jù)代入（2）式可得不同液位差條件下合成標準不確定度，因為u（Δp）完全可以忽略不計，故（2）式可簡化為：

表3 合成標準不確定度

2.9 擴展不確定度

取置信因子k=2，下式即可計算得液位差狀態(tài)下的擴展不確定度U 見表4。

表4 擴展不確定度

3 結果探討

我們將不同液位水平測量平均值p、重復性s（pi）及不同液位均值差形成的數(shù)據(jù)錄入表5 進行比較。

表5 壓力表檢測數(shù)據(jù)結果比較

本次以空氣為壓力傳遞介質(zhì)，通過設置軟管連接壓力表液位差±1m，形成上述表5 數(shù)據(jù)結果。經(jīng)分析比較可形成以下結論：

測量上限0.4MPa 的1.6 級壓力表允許誤差限為±0.0064MPa。表6 中不同位置檢測結果的重復性最大值為0.00114MPa，遠小于壓力表允許誤差限為±0.0064MPa。證明檢測結果是可信的；

在b 位置的測量誤差為-0.0018MPa，遠小于壓力表最大允許誤差限±0.0064MPa。證明測試結果符合1.6 級壓力表技術要求；a 位置的測量誤差為-0.0086MPa，c 位置的測量誤差最為0.0076MPa，都已經(jīng)超出壓力表最大允許誤差限±0.0064MPa，不符合1.6 級壓力表技術要求?？梢缘贸?，軟管連接隔膜壓力表在存在液位差的情況下，會極大的影響到壓力測量結果，可能會產(chǎn)生對測量結果的錯誤判斷。

因此，軟管連接隔膜壓力表檢測的相對垂直高度沒有明文規(guī)定，為了控制給出檢測結果的應用風險，文章作者建議對軟管連接小量程隔膜壓力表進行檢測時，應記錄及給出距同一檢測平面的正、負垂直距離，或征求用戶意見可否作降級處理。以保證壓力表在滿足使用要求的條件下維護用戶利益。