數(shù)字壓力計測量結果的不確定度評定

【摘 要】根據(jù)JJG875-2005《數(shù)字壓力計》的要求，用直接比較法對0.05級數(shù)字壓力計進行不確定度分析，闡明了不確定度分量的來源，給出了測量結果不確定度的評定方法，通過實際測量數(shù)據(jù)作出了具體不確定分析。

【關鍵詞】數(shù)字壓力計；分量；不確定度；評定

1.概述

（1）采用評定依據(jù)：JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。

（2）被測量的對象：0.05級數(shù)字壓力計（1MPa～2MPa）。

（3）采用標準器具：0.02級活塞式壓力計。

（4）測量方法依據(jù)：JJG875-2005《數(shù)字壓力計》檢定規(guī)程。

（5）測量方法：

數(shù)字壓力計的檢定，是采用0.02級活塞式壓力計直接進行檢定的，示值檢定時，將數(shù)字壓力計的測量范圍內(nèi)選取1MPa、1.5MPa、2MPa壓力點作為測量點，升壓、降壓校準循環(huán)次數(shù)為兩次，分別計算兩次正行程的平均值和兩次反行程的平均值作為校準結果。

2.評定模型

2.1數(shù)學模型

△p=pR-ps

式中：△p——壓力計各檢定點示值誤差。

pR——壓力計各檢定點正、反行程示值。

ps——壓力計各檢定點的標準示值。

2.2方差

u=（△p/p）·u（p）+（△p/p）u（p）

u=c·u（p）+c·u（p）

2.3 靈敏系數(shù)

c=e/p=1，c=e/p=-1

3.不確定度來源分析

（1）輸入量p引入的標準不確定度u（p）來源主要包括：在測量過程中，被檢數(shù)字壓力計測量重復性引入的不確定度分量u1（p）和數(shù)字壓力計分辨力引入的不確定度分量u2（p）。

（2）輸入量p引入的標準不確定度u（p）來源主要包括：0.02級活塞式壓力計引入的不確定度分量u1（p）、液柱差修正不準引入的不確定度分量u2（p）和校準環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量u3（p）。

4.輸入量的標準不確定度評定

4.1輸入量p引入的標準不確定度u（p）評定

4.1.1被檢數(shù)字壓力計測量重復性引入的標準不確定度u1（p）評定，采用A類方法評定

（1）0.02級活塞式壓力計（編號：6162）測量校準點1 MPa引起的標準不確定度u1（p），在重復性條件下對被測數(shù)字壓力計測量校準點1MPa，重復測量10次，得出以下測量列（單位為：MPa）：0.9999、1.0000、0.9999、1.0000、0.9999、1.0000、0.9999、1.0000、0.9999、1.0000。

單次測量實驗標準差s（p）==0.000053 MPa。

因?qū)嶋H測量時，測量結果由重復測量4次平均值給出，所以數(shù)字壓力計測量重復性引入的標準不確定度u1（p）：u1（p）==0.00003 MPa。

（2）0.02級活塞式壓力計（編號：6162）測量校準點1.5 MPa引起的標準不確定度u1（p），在重復性條件下對被測數(shù)字壓力計測量校準點1.5MPa，重復測量10次，得出以下測量列（單位為：MPa）：1.4999、1.5000、1.4999、1.5000、1.4999、1.4999、1.5000、1.4999、1.4999、1.4998。

單次測量實驗標準差s（p）==0.000063 MPa

因?qū)嶋H測量時，測量結果由重復測量4次平均值給出，所以數(shù)字壓力計測量重復性引入的標準不確定度u1（p）：u1（p）==0.00003 MPa。

（3）0.02級活塞式壓力計（編號：6162）測量校準點2 MPa引起的標準不確定度u1（p），在重復性條件下對被測數(shù)字壓力計測量校準點2 MPa，重復測量10次，得出以下測量列（單位為：MPa）：1.9997、1.9998、1.9997、1.9997、1.9998、1.9997、1.9997、1.9997、1.9999、1.9998

單次測量實驗標準差s（p）==0.000070 MPa

因?qū)嶋H測量時，測量結果由重復測量4次平均值給出，所以數(shù)字壓力計測量重復性引入的標準不確定度u1（p）：u1（p）==0.00003 MPa。

4.1.2數(shù)字壓力計分辨力引入的不確定度分量u2（p）評定，采用B類方法評定

數(shù)字壓力計的末位顯示分辨力直接影響到檢定結果。被檢數(shù)字壓力計分辨力為0.0001 MPa，被檢數(shù)字壓力計分辨力引起的不確定度分量u2（p），服從均勻分布，因此取包含因子k=，則：

u（p）==0.00003 MPa

4.1.3輸入量p引入的標準不確定度u（p）

（1）測量校準點1 MPa

u（p）===0.00004 MPa

（2）測量校準點1.5 MPa

u（p）===0.00004 MPa

（3）測量校準點2 MPa

u（p）===0.00004 MPa

4.2輸入量ps引入的標準不確定度u（ps）評定

4.2.1 0.02級活塞式壓力計引入的不確定度分量u1（ps）評定，采用B類方法評定

本次校準的標準裝置是測量范圍為（0.1～6）MPa的0.02級活塞式壓力計（編號：6162）。已知被檢數(shù)字壓力計的測量上限為2.5MPa，設檢定中造成的最大測量誤差點在2.5MPa處，根據(jù)活塞壓力計誤差計算方法，即最大允許誤差為±0.0005MPa，服從均勻分布，因此取包含因子k=，則0.02級活塞式壓力計引入的不確定度分量u1（ps）為：

u1（ps）==0.00029MPa

4.2.2液柱差修正不準引入的不確定度分量u2（ps）評定，采用B類方法評定

校準中當0.02級活塞式壓力計與被檢數(shù)字壓力計的取壓口不在同一水平面時，形成的液柱差將造成測量誤差。該項測量誤差可以通過人工干預得到消除和修正，當不能完全得到消除和修正時，造成測量誤差對測量不確定度的影響應充分考慮。

本次校準中活塞式壓力計活塞下端面與被檢數(shù)字壓力計的取壓口之間通過人工干預估計有4cm的液柱差，該液柱差產(chǎn)生的測量誤差為△p=ρgh=860×9.7883×0.04=0.00034MPa。

液柱差產(chǎn)生的測量誤差在檢定范圍內(nèi)服從均勻分布。則液柱差修正不準引入的不確定度分量u2（ps）為：

u2（ps）==0.00020 MPa

4.2.3校準環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量u3（ps）評定，采用B類方法評定

由于校準時嚴格按規(guī)程要求控制環(huán)境溫度（溫度：20.4℃），所以標準器受校準環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量u3（ps）可以忽略不計，則：u3（ps）=0。

4.2.4輸入量ps引入的標準不確定度u（ps）

u（p）===0.00035MPa

5.標準不確定度匯總一覽表

5.1各校準點標準不確定匯總一覽表

（1）測量校準點1MPa時，標準不確定度匯總一覽表：（單位為： MPa）

（2）測量校準點1.5MPa時，標準不確定度匯總一覽表：（單位為： MPa）

（3）測量校準點2MPa時，標準不確定度匯總一覽表：（單位為： MPa）

5.2合成標準不確定度uc（△p）的計算

根據(jù)2.2 方差公式代入得：

uc（△p）=

（1）測量校準點1MPa時，合成標準不確定度uc（△p）為：

uc（△p）==0.00035MPa

（2）測量校準點1.5MPa時，合成標準不確定度uc（△p）為：

uc（△p）==0.00035MPa

（3）測量校準點2MPa時，合成標準不確定度uc（△p）為：

uc（△p）==0.00035MPa

6.擴展不確定度的評定

包含因子k=2時的擴展不確定度，則擴展不確定度為：

U（△p）=k·uc（△p）

6.1測量校準點1MPa時，擴展不確定度U（△p）為：

U（△p）=2×0.00035=0.0007MPa

6.2測量校準點1.5MPa時，擴展不確定度U（△p）為：

U（△p）=2×0.00035=0.0007MPa

6.3測量校準點2 MPa時，擴展不確定度U（△p）為：

U（△p）=2×0.00035=0.0007 MPa

7.測量不確定度的報告與表示

通過以上分析可知，用0.02級活塞壓力計對0.05級數(shù)字壓力計校準1MPa、1.5MPa和2MPa時，其測量結果的擴展不確定度為：

測量校準點1MPa時，U=0.0007MPa，k=2.

測量校準點1.5MPa時，U=0.0007MPa，k=2.

測量校準點2MPa時，U=0.0007MPa，k=2.