壓力計量標準誤差與測量不確定度評定

高楠

摘 要：測量誤差直接影響著工作計量器具計量數值的準確性和可靠性。為了在傳遞量值、降低損耗、保證質量和防護安全等方面滿足計量器具的使用預期要求，使其測量出來的結果更加準確，需結合統計和計量兩項技術，并使統計技術與誤差和鑒定理論相結合，分析測量誤差的不確定性。

關鍵詞：計量標準裝置；總不確定度；計量器具；統計技術

中圖分類號：TB931 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.105

運用壓力變送器將壓力變量轉化為統一的信號輸出，壓力變量與輸出的信號之間存在函數關系，一般情況下為線性函數。壓力變送器的測量對象既包括靜態壓力，也包括動態壓力，所以在控制系統與測量工程中得到了廣泛應用，尤其是在高壓和高溫等環境下的使用。為了鑒定壓力傳感器的質量，不同地區的有關部門先后制作出了相關鑒定裝置。本文主要針對示值誤差的測量和評定等工作進行研究和探討。

1 計量標準裝置的誤差來源

計量標準裝置的誤差來源主要有：①計量標準誤差，例如計量標準器、不同附件和配套設備等方面的誤差；②環境誤差，例如濕度、溫度、振動、氣壓和磁場等因素導致的誤差；③人員誤差，例如觀測、視覺、讀數和估讀等方面的誤差；④方法誤差，例如因缺乏健全的計算或測量方法而導致的誤差。

2 計量標準裝置誤差和總不確定度的分析

2.1 計量標準的穩定性測試

通過比較活塞壓力不斷變化的名義值，在鑒定機構提供的鑒定數據的基礎上，經過對比，該比值必須在活塞壓力所規定的變量范圍內。

2.2 測量不確定度評定

受誤差因素的影響，評定不能確定的被測量值就是不確定度評定。對于不能確定的誤差大小，不確定度評定通過特征量值進行描述。

2.3 計量標準的測量不確定度驗證

選定一只0～40 MPa的壓力表，經自檢測，一組數據與法定計量部門的一組數據比對檢定結果如表1所示。

通過比較，0.10 MPa是其差值的最大限度，沒有超出被檢表誤差允許范圍內的2/3。因此，這一裝置驗證了其總不確定度。

結合統計和計量兩種技術，并使統計技術與誤差和鑒定理論相結合，以驗證測量的不確定度和壓力計量標器。根據國家《彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表》（JJG 52—1999）的有關要求，壓力機在總的不確定方面符合其要求，適用于檢定工作為1.5級、2.5級和4級的工作強度。研究、分析不確定度和計量標準器存在的測量誤差可以得出，誤差導致了被測量值的不確定性，使測量的評定結果與國際有關標準一致，使壓力計量單位實現了統一，量值更加準確，使確認周期內的壓力測量設備與有關規定的要求相一致。

3 采用合并樣本標準偏差的必要前提

采用合并樣本標準偏差的必要前提是必要而不充分的，即這個測量是一個整體過程，并且從取樣、預處理樣品、測量儀器的要求與等級、處理數據到最終得出測量估計值，測量的過程必須符合一定的規范。另外，測量值在大小上存在很大的不同，但是這種不同并不影響測量結果中的q和s。假設Sr與測量所得數值之間具有一定的關聯，假設是正相關，就應限定一個測量值范圍，根據Sr的不同來劃分被測量值的檔次，進而作出評定；也可在每次測量的不同數值的基礎上，根據Sr大小的不同，繪制一條曲線。這條曲線的可靠性隨著被測量次數的增加而提高。

分別測量銻和氧化鈉的質量分數，測量的標準差可以不按檔次確定。根據《氯化鉀》（GB 6549—1996）這一標準，測量氯化鉀中所含水分的質量分數，以4%為界限，劃分出不同的檔次；根據《輕質石油產品中總硫含量測定法》（SH/T 0253—1992），測量輕質油中硫含量的質量分數，檢測結果根據含量總數變化繪制擬合直線；根據《工業用裂解碳四的組成測定氣相色譜法》（GB/T 6600—1986），檢測工業中所用的裂解碳四中的組分，根據平均質量分數繪制出曲線，在此基礎上評定測量結果的標準差。

4 由介質液高度差估算

根據規程要求確定不確定度分量，使活塞式壓力機中的活塞下端與被檢測的器具壓口的中心處與水平面統一。通常情況下，這一要求基本能夠符合被檢送器的尺寸，其中的差距可以忽略不計，可以不做人為修正。但是不修正相差就會使誤差被引入，在實際測量時也有1 cm的高度差異，導致估算的不確定度分量為 U（h）=0.01/1=0.01 m。

在合成標準不確定度Uc=0.003 0 mA的條件下，輸出電壓估算Ui（y）為0.001 1 mA，vi為11；精密電阻估算Ui（y）為0.001 1 mA，vi為50；活塞壓力計估算Ui（y）為0.002 5 mA，vi為∞；介質液高度差估算Ui（y）為0.000 67 mA，vi為8.

5 結束語

壓力變送器測量的誤差結果不確定度是U95=0.006 0 mA，430為有效自由度，上下浮動0.032 mA是變送器測量所允許的最大誤差，這與《壓力變送器檢定規程》（JJG 882—1994）中的要求相符——標準器的選用以及有關配套的檢定裝置與被檢變送器所規定的最大誤差相比，其擴展不確定度不能超過1/4.

參考文獻

[1]唐敏然，何欣.β射線吸收型粉塵濃度測定儀的校準方法與不確定度分析[J].工業計量，2006（S1）.

[2]李慎安.測量不確定度理解與應用 合并樣本標準偏差與測量不確定度評定[J].現代計量通訊，2006（02）.

〔編輯：王霞〕