壓力測量審核影響因素分析

于大洋 劉業路 韓友婷 吳紅肖 孔慶有

摘 要 本文介紹了壓力測量審核實施依據及方法，著重分析影響測量審核結果的因素，深入研究各因素對測量結果可能產生的影響，并加以嚴格控制，使測量審核結果真實有效地反映出實驗室實際能力。

關鍵詞 測量審核;實施;影響因素;不確定度

Abstract This article introduces the basis and methods for the implementation of pressure measurement audit， focusing on the analysis of the factors that affect the measurement audit results， in-depth study of the possible impact of each factor on the measurement results， and strict control， so that the measurement audit results truly and effectively reflect the laboratory Actual ability.

Keywords Measurement audit; Implementation; Influencing factors; Uncertainty

引言

測量審核作為“一對一”的能力驗證計劃，是檢驗實驗室計量標準、環境條件、測量方法和數據處理能力實際水平的有效方法。測量審核結果能否客觀的反映實驗室的校準能力，受到許多因素的制約。如何使測量審核結果全面地反映實驗室的校準能力，是科學有效實施測量審核工作的關鍵。本文從壓力測量審核實施過程和評價方法入手，分析影響壓力測量審核結果的因素，并給出相應的解決方法[1]。

1壓力測量審核實施過程及評價方法

根據中國合格評定國家認可委員會（以下簡稱CNAS）相關文件要求，壓力校準實驗室向CNAS授權的能力驗證主導實驗室提交《實驗室間比對（測量審核）申請表》，主導實驗室根據測量審核規則和參比實驗室標準計量特性，制定測量審核計劃，選擇傳遞標準。參比實驗室接收傳遞標準完好后，須將傳遞標準置于校準環境中一段時間，再對測量標準進行測量，并給出測量結果的測量不確定度。測量結果和不確定度報告隨傳遞標準一同返回主導實驗室，主導實驗室采用科學的方法對測量審核結果進行評價。測量審核結果通常采用歸一化偏差進行評價，即En值，計算方法如下：

若En≤1，則測量審核結果滿意;若En>1，則測量審核結果不滿意，應分析原因，進行整改。

2傳遞標準的選擇

傳遞標準的計量特性直接影響測量審核的結果，因此，主導實驗室在選擇傳遞標準時，應充分考慮各種因素，以確保測量審核中出現的不滿意結果不歸咎于傳遞標準[2]。

2.1 傳遞標準的穩定性

測量審核傳遞標準的選擇，應優先考慮其穩定性。測量審核是假定傳遞標準足夠穩定，即傳遞標準偏離真值的情況能維持不變，這樣在采用歸一化偏差法計算En時，分子∣x-X∣可忽略傳遞標準的影響，只體現兩實驗室計量標準的差異。因此，傳遞標準的穩定性應經過長期考察和嚴格檢驗，以確保不會對測量審核結果產生誤判。由測量審核結果評價方法可知，傳遞標準穩定性影響的是En計算公式的分子，即∣x-X∣，若傳遞標準月穩定性最大值為sm，則極限情況下會使分子計算結果增加sm，為了不致對測量審核結果產生較大影響，應滿足：

其中，Ulab、Urel為參比和主導實驗室測量不確定度，包括計量標準、測量重復性、傳遞標準分辨力、液體或者氣柱高度差、環境溫度等，其中測量重復性和傳遞標準分辨力，取結果較大者。由于主導實驗室計量標準準確度等級較高，在嚴格控制環境溫度和高度差等可控因素后，主導實驗室測量結果引入的不確定度要比參比實驗室引入的不確定度小，因此，對En值分母起決定作用的是參比實驗室測量結果的不確定度分量。因此，若滿足：

則傳遞標準的穩定性對測量審核的影響可被忽略。若傳遞標準穩定性不滿足上述要求，應就其穩定性對測量審核結果可能產生的影響進行評估，判定測量審核工作的有效性，并對測量審核結果加以說明[3]。

2.2 傳遞標準的分辨力

選擇傳遞標準時，除了需要考察其穩定性之外，還應考察其分辨力。如果傳遞標準的分辨力不夠，一方面，測量結果無法準確地反映出參比實驗室與主導實驗室的差異，會使En值計算的分子∣x-X∣被擴大或者消除。另一方面，分辨力不夠的傳遞標準，由分辨力引入的不確定度會遠大于重復性引入的不確定度，甚至遠大于主導、參與實驗室計量標準引入的不確定度，最終使En值計算的分母被增大，增大了測量審核的通過率。

為了既能準確地反映主導和參比實驗室測量審核結果的差異性，又不對兩實驗室測量結果的不確定度產生較大影響，傳遞標準的分辨力應越小越好。從測量結果不確定度的角度考慮，分辨力引入的不確定度不應對參比實驗室合成標準不確定度產生較大影響，應滿足下列不等式：

式中：up為參比實驗室計量標準引入的測量不確定度分量，即Ulab的一個分量;

uR為傳遞標準分辨力引入的測量不確定度分量。

3工作介質“高度差”的影響

在測量審核過程中，無論工作介質是液體或氣體，都應考慮工作介質“高度差”的影響。即使“高度差”被修正，也會引入相應的不確定度，另外，由于液體很難被壓縮，氣體極易被壓縮，因此，在計算時，可認為液體的密度為固定值，氣體的密度則需要根據壓力的大小進行換算。高度差引入的誤差和修正后引入測量不確定度計算公式如下。

式中：Δp為高度差引入的誤差和修正后引入測量不確定度，Pa;

ρ為工作介質密度，kg/m3;

g為當地重力加速度，m/s2;

h為高度差或修正測量誤差，m。

3.1 液體“高度差”的影響

液體工作介質包括水、變壓器油、癸二酸脂等。以變壓器油為例，其密度為860kg/m3，沈陽當地重力加速度為9.8035m/s2，假設高度差為10cm，測量誤差為±0.5cm，對于不同壓力點，高度差引入的相對誤差和修正后引入相對測量不確定度見下表。

從表中數據可知，隨著壓力的減小，高度差的影響逐漸增大。當壓力值小于20MPa時，液體介質引入的高度差應修正。當壓力值小于1MPa時，液體介質引入的高度差即使被修正，引入的不確定度仍然無法忽略，此時，應改進修正方法，減小高度差修正引入的不確定度，確保測量審核結果客觀、準確、可靠。

3.2 氣體“高度差”的影響

氣體極易被壓縮，相同質量的氣體，體積越小，壓強越大，密度也越大。測量審核常用的氣體介質為氮氣，沈陽本地大氣壓約為100kPa，氮氣密度為1.25kg/m3，則氮氣密度與壓力之間的關系為：

式中：ρ為氮氣實際密度，kg/m3;

p為實際工作絕對壓力折算值，MPa。

仍假設高度差為10cm，沈陽當地重力加速度為9.8035m/s2，對于不同表壓測量壓力，氮氣密度、高度差引入的誤差和相對影響量見下表。

分析表中數據可知，隨著壓力的減小，高度差的影響逐漸增大。0.05MPa以上表壓測量壓力，氮氣高度差引入的誤差很小，一般不需要修正。0.05MPa及以下表壓測量壓力，氮氣高度差引入的誤差相對較大，在做0.02級及以上壓力計量標準測量審核時，均需要修正。

4結束語

本文從壓力測量審核實施過程入手，分析壓力測量審核過程中影響因素。其中，傳遞標準的選擇至關重要，其穩定性應足夠好，分辨力應足夠小。此外，實驗室在執行測量審核時，應嚴格控制溫度、濕度、振動環境因素，以保證傳遞標準性能的穩定。此外，無論工作介質是液體或者氣體，都應考慮高度差的影響，必要時須修正，計算其引入的不確定度，并作為參比實驗室測量結果不確定度的一個分量，使測量審核最終的判定結果科學、全面、客觀地反映實驗室計量能力。

參考文獻

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局.JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2013.

[2] 中國計量測試學會.壓力測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社，2006.

[3] 張賢.精密壓力表校準能力驗證[J].計測技術，2013，6：1674-5795.