影響數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度因素分析

邵俊杰（常熟市計(jì)量測(cè)試所，江蘇 常熟215500）

影響數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度因素分析

邵俊杰
（常熟市計(jì)量測(cè)試所，江蘇 常熟215500）

在使用數(shù)字壓力計(jì)時(shí)，必須要定期校準(zhǔn)，以確保得到的信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，不影響后期數(shù)據(jù)的應(yīng)用。但因數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差是無法有效避免的，特別是針對(duì)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都非常差的數(shù)字壓力計(jì)，非常容易受到其他方面的原有導(dǎo)致其因此產(chǎn)生誤差，針對(duì)該情況，通常我們必須運(yùn)用相對(duì)比較法來實(shí)施有效測(cè)量，本文重點(diǎn)對(duì)這種方法的運(yùn)用方法所引起的不確定度進(jìn)行探討。

數(shù)字壓力計(jì)；不確定度；相對(duì)分析法；示值誤差

1　數(shù)字壓力計(jì)示值誤差測(cè)量不確定度影響因素分析

1.1數(shù)字壓力計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性導(dǎo)致的不確定度

在數(shù)字壓力計(jì)衡量指標(biāo)中，長(zhǎng)期穩(wěn)定性是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，其對(duì)數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差不確定性有著非常大的影響。如果一種數(shù)字壓力計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性非常好，那么即使它的極限誤差較差，也還是能夠進(jìn)行定點(diǎn)修正使用的。

但如果該數(shù)字壓力計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差，那么無論其他指標(biāo)再優(yōu)良，它也不能夠再繼續(xù)正常使用了。因此，在進(jìn)行數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度的研究中，必然是要考慮長(zhǎng)期穩(wěn)定性因素的，在本文中設(shè)其為不確定度分量u1。

1.2示值多次重復(fù)性檢測(cè)導(dǎo)致的不確定度

這里所指的測(cè)量重復(fù)性，主要是指在檢測(cè)條件完全相同的情況下，對(duì)同一個(gè)測(cè)定對(duì)象進(jìn)行連續(xù)多次的測(cè)定，而采取多種檢測(cè)手段所能夠獲得的檢測(cè)結(jié)果之間也存在一定的差異，而這種情況我們就將其稱為測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性。

簡(jiǎn)單來說，就是盡可能地在確保檢測(cè)程序、儀器、人員等條件相同的情況下，在同一個(gè)環(huán)境下，重復(fù)多次對(duì)相同的測(cè)定對(duì)象進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)，并對(duì)多次測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，觀察其一致性，但在實(shí)際操作過程中，其往往會(huì)存在相應(yīng)的偏差，從而致使數(shù)字壓力計(jì)因此發(fā)生相應(yīng)的偏差，并因此引起誤差測(cè)量的不確定度。本研究通過反復(fù)多次的測(cè)定后，不確定度詳見表1。

表1　由示值多次重復(fù)性測(cè)量導(dǎo)致的不確定度分量U2

1.3數(shù)字壓力計(jì)的分辨率導(dǎo)致的不確定度

數(shù)字壓力計(jì)的分辨率也可以表示成數(shù)字壓力計(jì)的精確度值，它是數(shù)字壓力計(jì)所能表示出的最小數(shù)值單位，主要是指在數(shù)字壓力計(jì)表盤中所顯示的數(shù)字中，最后一個(gè)所代表的值。若被測(cè)定的對(duì)象，其所測(cè)定的對(duì)象變化量若比數(shù)字壓力計(jì)的分辨率更低，即可表明數(shù)字壓力計(jì)最后一位數(shù)字并不會(huì)因此發(fā)生任何改變，還是用于對(duì)原來的數(shù)值作出相應(yīng)的指示。

針對(duì)不同的數(shù)字壓力計(jì)其分辨率自然有明顯的不同，而分辨率的差異也必然會(huì)給數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定帶來不同的影響。而因數(shù)字壓力計(jì)輸出端所產(chǎn)生的可測(cè)變化量達(dá)到最低時(shí)，則需要對(duì)輸入量值進(jìn)行測(cè)定，簡(jiǎn)單來說就是分辨率趨近于零點(diǎn)周圍，從而致使數(shù)字壓力計(jì)示值無法更為準(zhǔn)確地作出相應(yīng)的反應(yīng)，從而能夠更好的反映出被測(cè)對(duì)象，從而使得數(shù)字壓力計(jì)測(cè)定結(jié)果因此受到影響，發(fā)生不確定度，設(shè)其為不確定度分量u3。

1.4介質(zhì)高度差導(dǎo)致的不確定度

介質(zhì)高度差也會(huì)對(duì)壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度帶來不同程度的影響，若兩個(gè)數(shù)字壓力計(jì)未處在一個(gè)相同的高度上，其就會(huì)因此存在相應(yīng)的高度差，從而致使這個(gè)介質(zhì)高度差受到影響，致使測(cè)定結(jié)果誤差值更大。根據(jù)《數(shù)字壓力計(jì)》中相關(guān)要求，因介質(zhì)高度差所造成的示值誤差，若與數(shù)字壓力計(jì)所允許的誤差值百分之十更大，那么表明其不符合規(guī)定，這就需要及時(shí)對(duì)示值誤差作出相應(yīng)的調(diào)整。設(shè)由介質(zhì)高度差導(dǎo)致的不確定度分量為u4。

1.5環(huán)境溫濕度變化導(dǎo)致的不確定度

由于數(shù)字壓力計(jì)中使用了敏感元件作為傳感器的感受器，而敏感元件往往都會(huì)受到外界環(huán)境溫濕度的一定影響，進(jìn)而影響到傳感器的性能，使數(shù)字壓力計(jì)的示值測(cè)量出現(xiàn)誤差。因此，數(shù)字壓力計(jì)必須要具備溫濕度影響的技術(shù)指標(biāo)。現(xiàn)在，絕大部分的廠家為了使數(shù)字壓力計(jì)示值誤差受到的特定環(huán)境中溫濕度變化的影響降到最低，都已經(jīng)對(duì)溫濕度變化對(duì)數(shù)字壓力計(jì)壓力量值的影響進(jìn)行了補(bǔ)償修正。

一般情況下，數(shù)字壓力計(jì)都會(huì)限定出一定的使用環(huán)境溫濕度范圍，只有在符合該條件的環(huán)境中使用，才被認(rèn)定數(shù)字壓力計(jì)受到環(huán)境溫濕度變化影響而產(chǎn)生的示值誤差不確定度是非常小的。而對(duì)于超出所規(guī)定的溫濕度范圍的情況，廠家通常會(huì)給出數(shù)字壓力計(jì)產(chǎn)生的測(cè)量不確定度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于本文討論的數(shù)字壓力計(jì)具有溫度補(bǔ)償功能，此次測(cè)量環(huán)境溫濕度范圍為18 ℃～ 22 ℃，56 % RH，故在該溫濕度范圍內(nèi)，數(shù)字壓力計(jì)產(chǎn)生的不確定度分量十分小，可以不予考慮。

1.6活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞誤差導(dǎo)致的不確定度

活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置都具有一個(gè)最大允許誤差標(biāo)準(zhǔn)，該最大允許誤差是由上級(jí)檢定部門出具的檢定證書來評(píng)定，當(dāng)測(cè)量范圍在0-2MPa時(shí)，給出的最大允許誤差值為- 0.02 % ～ + 0.02 %，服從均勻分布，取k=3^0.5 ，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。設(shè)活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞誤差導(dǎo)致的不確定度分量為U5。

2　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度分量

通過對(duì)上述討論進(jìn)行綜合分析，可對(duì)數(shù)字壓力計(jì)示值誤差造成影響的因素非常多，包括了六點(diǎn)，其中有重復(fù)性檢測(cè)、穩(wěn)定性、分辨率、環(huán)境濕度變化、高度差以及活塞式配置。就本研究中所提出的數(shù)字壓力計(jì)來說，示值誤差不確定度詳見表2。

表2　數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度分量

2.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)上表中的數(shù)字壓力計(jì)示值誤差測(cè)量不確定度分量數(shù)值，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表達(dá)式為：Ue=（U1^2+U2^2+U3^2+U4^2+U5^2）^0.5，結(jié)果如下表3。

表3　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.3擴(kuò)展不確定度

由于0.05級(jí)數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)量結(jié)果包含因子k=2，U=2Ue，故對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，結(jié)果如下表4：

表4　擴(kuò)展不確定度

3　結(jié)語(yǔ)

通過本文的研究得出，影響數(shù)字壓力計(jì)示值誤差程度的因素非常多，具體包含了數(shù)字壓力計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、示值多次重復(fù)性檢測(cè)、數(shù)字壓力計(jì)的分辨率、介質(zhì)高度差、環(huán)境溫濕度變化、活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞誤差等6個(gè)方面的內(nèi)容。在運(yùn)用數(shù)字壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，除了要考慮到這些影響因素，還必須要定期的校準(zhǔn)數(shù)字壓力計(jì)，以確保得到的信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，不影響后期數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

［1］李海兵，卓華.0.05級(jí)數(shù)字壓力計(jì)示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2013，40（10）：47-48.

［2］鄭尚榜.數(shù)字壓力計(jì)的示值誤差測(cè)量不確定度研究［J］.廈門科技，2015（05）：57-59.

［3］李世巖.0.05級(jí)及以下全量程數(shù)字壓力計(jì)示值誤差測(cè)量值的不確定度評(píng)定［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2015（09）：68-69，72.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.117