氣體減壓器用壓力表示值誤差測量不確定度評定及自動計算

堯禮輝 張貴榮

【摘要】針對氣體減壓器校準規范給出壓力表示值誤差測量不確定度評定實例，結合氣體減壓器校準的實際情況，重點分析了評定實例的評定方法，指出評定方法的不足，并提出優化方法。根據優化后的評定實例計算過程，通過Excel設計了自動計算公式，校準人員只需輸入測量值和被檢表相關信息即可實現測量不確定度的自動計算，極大地提高了校準效率。

【關鍵詞】氣體減壓器；壓力表；測量不確定度；自動計算

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.063

Evaluation and Automatic Calculation of Measurement Uncertainty ofIndication Error for Gas Pressure Reducer Pressure Gauge

YAO Lihui， ZHANG Guirong

（PLAof 92601， Zhanjiang 524009， China）

Abstract： In view of the measurement uncertainty evaluation example of pressure gauge indication error given in the calibration specifications for gas pressure reducer， combined with the actual situation of gas pressure reducer calibration， the evaluation method of the evaluation example is emphatically analyzed， the shortcomings of the evaluation method are pointed out and the optimization method is put forward. According to the calculation process of the optimized evaluation example， the automatic calculation formula is designed by Excel. The calibrator can realize the automatic calculation of the measurement uncertainty by inputting the measurement value and the information of the pressure gauge， the calibration efficiency is greatly improved.

Keywords： gas pressure reducer； pressure gauge； measurement uncertainty； automatic calculation

0引言

JJF 1328—2011《帶彈簧管壓力表的氣體減壓器校準規范》規定，氣體減壓器校準后需要進行壓力表示值誤差的測量不確定度評定。JJF 1328—2011校準規范實施已有十多年，規范中給出的評定實例與實際評定存在較大差異，部分內容較難執行，需要根據校準實際情況進行優化和改進。

本文基于氣體減壓器校準的實際情況，重點分析了JJF 1328—2011校準規范中壓力表示值誤差測量不確定度評定實例。我們發現評定方法存在一些不足，因而提出了優化方案。經過優化后的評定實例計算，我們設計了一個自動計算公式，通過Excel實現。校準人員只需輸入測量值和被檢表相關信息即可自動計算測量不確定度，從而大大減少了校準人員的工作量，顯著提高了校準效率。

1評定實例分析

校準人員依據JJF 1328—2011進行測量不確定度評定時應該遵守其相關規定，但實際開展評定時發現校準規范評定實例中給出的標準不確定度評定方法存在一些不足：有的內容不太貼合實際，在開展校準時較難執行，增加了評定難度和工作量；有的不確定度來源在計算標準不確定度時有重復引入，擴大了測量不確定度。這些問題需要根據實際情況進行優化和改進，使JJF 1328—2011更符合校準實際。

1.1評定實例中的不足之處

1）個別語句表述不夠嚴謹，實際校準時較難執行

根據JJF 1328—2011校準規范中“C.2.2被檢表引入的不確定度”的要求，在評定重復性引入的標準不確定度時，評定實例選取3個測量點，在每個測量點進行10次重復測量，計算出單次實驗標準差s，然后任意選取3塊同量程壓力表重復上述過程。這樣每個測量點共得到4個單次實驗標準差s，計算它們的合成樣本差sp，將sp作為重復性引入的標準不確定度。通過分析我們發現，任意選取3塊同量程的壓力表計算合成樣本差sp的做法存在以下幾點不足。

一是單塊壓力表不像被校氣體減壓器那樣可以與校準裝置有效連接而實現整體校準，如果只是任意選取3塊同量程的壓力表而不是任意選取3塊同量程壓力表的氣體減壓器進行重復性測試，那么這必然導致單塊壓力表的校準與被校氣體減壓器的校準不一致，計算得到的單次實驗標準差s不符合重復性要求。

二是在實際校準過程中，每次校準都需要尋找3個同量程壓力表的氣體減壓器，然而，實際執行起來有較大難度。由于被校氣體減壓器的壓力表量程是不確定的，低壓表和高壓表的量程有多種可能，這就要求計量技術機構需要提前備好多種量程壓力表的氣體減壓器供選擇，無形之中增加了計量技術機構的管理難度和成本，造成實際校準時較難執行該項要求。

三是如果再選擇3個同量程壓力表的氣體減壓器進行重復性測試，且每個氣體減壓器又有1塊高壓表和1塊低壓表，每個點都需要進行10次重復測量，那么完成整個校準過程需要進行240次測量。由于測量數據量大，這可能會影響整個校準效率。

四是被校氣體減壓器的壓力表重復性不確定度主要由壓力表本身性能、校準裝置和校準方法等因素決定，與其他同量程氣體減壓器的壓力表關系不大，尤其是來自不同廠家生產或不同批次的壓力表。與其他氣體減壓器同量程的壓力表計算合成樣本偏差會擴大或減少影響，這樣反而不能真實反映重復性引入的標準不確定度。

2）標準不確定度重復計算

對于標準不確定度計算，評定實例將重復性和被校表讀數誤差引入的標準不確定分量作為兩項獨立的來源計算合成標準不確定度。當進行重復性測試時，重復測量的值是在被校表上估讀得到的。實際上，被校表讀數誤差引入的不確定度已經在重復性上得到體現，如果再將被校表讀數誤差引入的標準不確定作為一項獨立的來源，將會導致合成標準不確定度偏大，不能真實反映最后的測量不確定度。

1.2優化方法

1）針對“任意選取3塊同量程的壓力表”實際校準較難執行的問題。測量誤差是以輕敲后升壓或降壓的測量值計算得到，并以升壓或降壓的較大誤差作為該點的測量誤差，而不是以兩者的平均值作為測量結果，因而在對每個點進行10次重復測量后，計算每個點的單次實驗標準差s，直接將s作為重復性引入的標準不確定度分量。每個點進行10次重復測量也完全能反映出該點的重復性。

2）針對標準不確定度重復計算的問題。因為被校表讀數誤差引入的不確定度已經在重復性上得到體現，所以在計算被校表讀數誤差引入的標準不確定后，比較兩者值的大小，將兩者較大值作為被校表引入的不確定度。

2自動計算設計

進行氣體減壓器校準時，高壓表和低壓表每個測量點都要給出測量不確定度，如果只是人工計算，整個過程計算量較大，而且容易出錯。校準人員可以通過Excel設計自動計算公式，計算時只需輸入測量值和被檢表相關信息即可實現測量不確定度的自動計算，大大提高了校準效率。

2.1公式設計

為了便于說明，這里選用一個按Q/JBMP6標準生產的氣體減壓器（高壓表25 MPa，額定進口壓力p1為15 MPa；低壓表0.25 MPa，額定出口壓力p2為0.15 MPa）作為被校對象。自動計算公式界面如圖1所示。

計算公式界面列項要素包括標準不確定分量（重復性、被校表讀數誤差、標準器引入的標準不確定）、合成標準不確定度和擴展不確定度。行項要素包括不確定度來源、類別、高壓表和低壓表。淺色區域是數值輸入區，白色區域是公式設計區，深色區域是結果區。

這里以高壓表的5 MPa點對應的行（見圖1行號6）說明計算公式的設計方法。如表1所示，在對應的單元格輸入相應的公式代碼。其他測量點對應的計算公式通過下拉鼠標即可實現復制。

2.2使用說明

如圖1所示，自動計算公式界面分為3個區域，分別用淺色、白色和深色標記。淺色區域是數值輸入區，校準人員將重復性測量值、被校表信息和標準器信息輸入至該區域。白色區域是公式設計區，會根據深色區域的輸入值自動計算并顯示計算結果。深色區域是結果區，顯示測量不確定度的計算值。通過Excel設計自動計算公式，校準人員只需在淺色區域輸入測量值和被檢表相關數據就可實現自動計算，大大減少了校準人員的計算量，極大地提高了校準效率。

對高壓表或低壓表完成升壓和降壓校準后，接著進行重復性測試。實際測試時可以對每塊壓力表的校準點按升壓和降壓重復校準4次，這樣每個校準點共得到10個測量值，也可以在重復性測量條件下對每個點進行10次升壓重復測量，避免校準完成后重復拆裝氣體減壓器而影響校準效率。

3結束語

優化后的評定實例計算過程可以通過Excel實現自動計算，操作簡單，使用方便。校準人員只需輸入測量值和被檢表相關信息即可實現測量不確定度的自動計算，這不僅減少了校準人員的計算量，還極大地提高了校準效率。通過優化和改進氣體減壓器用壓力表示值誤差測量不確定度評定實例的不足之處，不但使校準規范更加貼近校準實際，而且評定得到的測量不確定度更加真實，值得校準人員參考和借鑒。

【參考文獻】

[1]帶彈簧管壓力表的氣體減壓器校準規范：JJF 1328—2011[S].

[2]彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表：JJG 52—2013[S].

[3]堯禮輝，雷雯，吳優.帶彈簧管壓力表的氣體減壓器的計量管理與校準[J].上海計量測試，2022，49（6）：29-31.

[4]王同賓，孫金晨.氣體減壓器用壓力表示值誤差測量不確定度評定[J].品牌與標準化，2020（4）：76-77，80.

[5]鐘華，莫曉山，葉炎.氣體減壓器自動校準方法的探討[J].儀器儀表用戶，2020，27（11）：32-34.

[6]段紹敏.彈性元件式一般壓力表示值誤差的測量不確定度評定[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2019（8）：169-170.

[7]姜立斌.氣體減壓器自動校準裝置軟件設計研究[J].電子測試，2021（22）：39-40.

[8]劉彩平.0.4級精密壓力表示值誤差測量不確定度評定[J].計量與測試技術，2016，43（6）：117-118，120.

[9]李銀花，甄興虎，于成，等.一般壓力表在規范化常規測量中示值誤差的測量不確定度評定[J].中國標準化，2021（10）：169-172.

【作者簡介】

堯禮輝，男，1983年出生，高級工程師，碩士，研究方向為力學、電學計量。

（編輯：李加鵬）