工作標準數字壓力計檢定及不確定度評定方法探究

摘要：壓力是我國醫療衛生、環境監測與保護等多個領域中的主要測量參數之一。因此，壓力測量工作十分重要，需要相關人員選擇適宜的壓力測量儀器，進一步保證壓力測量結果的精準度，避免對相關產品設計和生產工作帶來不良影響?；诖?，以工作標準數字壓力計為例，深入探討其檢定實踐方法，并對其不確定度評定方法進行探究，以期為相關人員提供有效參考。

關鍵詞：工作標準"數字壓力計"穩定性"分辨力"不確定度評定

Research"on"Verification"and"Uncertainty"Evaluation"Method"of"Working"Standard"Digital"Pressure"Gauge

HE"Li

Shenzhen"Academy"of"Metrology"and"Quality"Inspection，"Shenzhen，"Guangdong"Province，518073"China

Abstract："Pressure"is"one"of"the"main"measurement"parameters"in"many"fields"such"as"healthcare，"environmental"monitoring"and"protection"in"our"country."Therefore，"the"pressure"measurement"work"is"very"important，"and"relevant"personnel"need"to"choosenbsp;the"appropriate"pressure"measurement"instrument"to"further"ensure"the"accuracy"of"the"pressure"measurement"results"and"avoid"adverse"effects"on"the"design"and"production"work"of"related"products."Based"on"this，"taking"the"working"standard"digital"pressure"gauge"as"an"example，"the"verification"practice"method"is"deeply"discussed，"and"the"uncertainty"assessment"method"is"explored，"in"order"to"provide"effective"reference"for"relevant"personnel.

Key"Words："Working"standard;"Digital"pressure"gauge;"Stability;"Resolution;"Uncertainty"assessment

工作標準數字壓力計是一種先進的檢測裝置，在實際應用中可以有效感受被測量信息，并按照相應的規律將測量信息轉變為電信號或其他多種形式輸出，具有良好的信息傳輸、處理、記錄等各項功能。但是，工作標準數字壓力計在實際應用過程中容易受到相關因素的影響，存在一定的測量偏差。因此，對工作標準數字壓力計檢定及不確定度進行評定具有十分重要的理論和現實意義。

1"工作標準數字壓力計檢定實踐

1.1檢定方法選擇

（1）工作標準數字壓力計準確度的等級較高，這就需要在檢定實踐的過程中，定期進行量值溯源，進一步提高測量數據的有效性。例如：活塞式壓力計標準裝置在多個領域中被廣泛應用，以帕斯卡原理、流體靜力平衡原理為主，具有良好的穩定性和復現性。

（2）在工作標準數字壓力計檢定實踐前，要做好充足的準備工作，避免影響檢定結果的精準度。例如：相關人員在進行工作標準數字壓力計的檢定操作時，需要合理控制檢定環境的溫濕度、空氣密度，并消除所有環境機械振動，以免影響檢定輸出的穩定性。應詳細檢查檢定實際情況，確保其內部處于熱平衡的狀態，并將其放置在實驗室內至少2"h。同時，還應針對性調整被檢定數字壓力計的具體位置，盡可能將數字壓力計測量端口、活塞式壓力計基準線的水平高度一致，此外，需要做好預熱工作，預先通電大約30"min，確保壓力計處于最優的測量狀態[1]。

1.2檢定實踐

1.2.1壓力計外觀檢查

檢定結果的精準度與壓力計外觀有直接關系，因此，需要優先檢查壓力計外觀，確保其質量合格。在壓力計外觀檢查過程中，詳細分析其產品信息，確保其能夠滿足要求。同時，檢查壓力計的表盤、指針、刻度等，以便及時發現問題，避免影響產品生產[2]。此外，在壓力計外觀檢查中，還應強調不同組成部件的松緊度、完整度。

1.2.2示值誤差

嚴格按照說明書的各項操作要求，在壓力計的輸入端子接入電壓源進行預熱，調整數字壓力計的示值到最佳值，以整零點、滿量程為準，并在檢定實踐中不再進行調整，詳細記錄標準壓力值[3]。

在檢定實踐操作中，將電信號不斷增加到測量上限，之后逐步降低到測量下限，做好不同檢定點的正反行程數據的準確記錄工作，確保記錄數據的完整性與可靠性。在整個操作過程中，至少選擇5個檢定點，完成一次正反行程。當數字壓力指示儀在實際應用中，變送器和傳感器不能指示零點的值，就需要在檢定的過程中，將當地的大氣壓大約10%的值當作測量下限。輸出值計算公式如下。

P=[·（I-）+]""""""""""""（1）

式（1）中：P為壓力計理論輸出值，單位為MPa"；Pm為壓力計輸出量程，單位為MPa"；Im為壓力計輸入量程，單位為mA；I為輸入標準電量值，單位為mA；Io為壓力計輸入量程下限，單位為mA；Po為壓力計輸出量程下限，單位為MPa"。

示值誤差為：

△=Pd-P"""""""""""""""""""""""""（2）

式（2）中：Pd為壓力計顯示的壓力值，單位為MPa"；P為標稱電量值對應的理論輸出值，單位為MPa。

當測量范圍調整為0～1.5"MPa"時，以0.5級工作標準數字壓力計為例，分辨力和輸入信號分別為0.001"MPa"、5～19"mA，檢定數據如表1所示。

通過式（1）、式（2）進行計算，獲得示值誤差最大值為-0.001"MPa。壓力計最大允許誤差為±0.007"MPa范圍內，結論為合格。

1.2.3零位誤差及周期穩定性檢定

在檢定實踐操作過程中，預先通電加熱30"min，將壓力計的測量端通大氣，并進行清零操作，準確記錄初始壓力值。在檢定中，每間隔大約15"min觀察并記錄壓力計的顯示值，持續1"h，檢定零點漂移，確保其小于最大允許誤差絕對值的二分之一為合格。此外，利用活塞式壓力計對工作標準數字壓力計進行示值檢定，分析壓力計的周期穩定性。當周期穩定性小于最大允許誤差的絕對值時為合格。

1.2.4分辨力檢定

分辨力是一種能夠引起壓力計讀數在末位上變化一個計數單位的理論變化值，具體計算公式如下。

△P=·△I"""""""""""""""""""（3）

式（3）中：△P為理論變化值，單位為MPa"；△I"為電量變化值，單位為mA。

在分辨力檢定操作的過程中，利用活塞式壓力計對工作標準數字壓力計進行正行程時適當增加輸入電量。在壓力計示值和被檢點相對應的理論輸出值相接近的過程中，應明確示值正好能夠固定在該值的輸入信號值A1，并持續增加電量值，確定壓力計示值變化的過程中輸入信號值A2。此外，在進行反行程的過程中，持續減小輸入電量，按照正行程的檢定操作方法，確定相應的輸入信號值A1'與輸入信號值A2’。計算正行程過程中A1和A2之差、A1’和A2’之差。利用式（3）獲得理論變化值，就是壓力計的分辨力。通過正行程和反行程操作獲得分辨力的最大值，當作壓力計該點的分辨力。

2"工作標準數字壓力計不確定度評定

2.1測量實驗

不確定度評定適用于不同測量中涉及的各項信息數據。在工作標準數字壓力計的測量中，受測量方法、環境條件、儀器設備、人員專業水平等因素的影響，所有測量結果都有不確定度。因此，如何有效評定工作標準數字壓力計不確定度，是需要重點思考和解決的問題。在實際工作中，可以通過減少測量不確定度數值，或根據測量結果精準度的影響因子，進一步保障工作標準數字壓力計合格，從而為相關產品的生產制作提供有效保障[4]。

測量不確定度的來源必須要根據實際測量情況進行分析，分析內容可以從測量儀器、環境、測量人員等方面考慮，要高度關注對測量結果影響較大的不確定度來源，如失誤、突發因素都屬于不確定度的來源，在測量的過程中，要注意剔除異常值，異常值的提出要通過數據檢驗之后展開。測量模型為

（4）

在式（4）中，Y代表不確定度；X表示平均值；f表示測量函數。

2.2結果分析

2.2.1重復性測量的不確定度評定

重復性測量的不確定度評定的過程中，通過式（5）進行準確計算，獲得5次重復性測量值及其示值誤差（如表2所示）。

工作標準數字壓力計在100""kPa點的重復性測量示值誤差平均值計算公式為

△""""""""""""""（5）

式（5）中：△為重復性測量示值誤差平均值，單位為kPa；為第i次重復性測量示值誤差，單位為kPa。

2.2.2標準不確定度的A類評定

對被測量目標進行獨立重復觀測，通過測量得到的一系列測得值可用統計分析方法獲得實驗標準偏差s（x），當用算術平均值工作為被測量估計值時，被測量估計值的A類標準不確定度按式（6）計算：

（6）

2.2.3貝塞爾公式

在重復性條件或者是復現條件下，對于同一被測量物質重復進行n次，得到n個測得值，x1（i=1，2，…，n），被測后，x的最佳估計值是n個獨立測得值的算術平均值，按照式（7）計算：

（7）

由于工作介質高度差產生的附加誤差，為工作標準數字壓力計的最大允許誤差的四分之一的情況下，需要進行高度差修正。在高度差引入不確定度評定的過程中，活塞式壓力計的位置基準線處于數字壓力計測量端口的上方，工作介質氮氣具有一定的自重，從而在一定程度上會增加標準壓力值[5]。在此過程中，實驗人員應當在標準壓力值、測量結果上適當增加、減少修正值。

結合式（7）進行計算，明確在100"kPa壓力的條件下，氮氣密度為2.48"kg/m3。在高度差測量操作的過程中，計量標準、被檢定的工作標準數字壓力計的高度差小于等于5"cm。在此過程中，試驗人員綜合考慮當地重力加速度的影響，假設該值為9.803"4"m/s2的情況下，服從均勻分布，取置信因子k為。因此，100""kPa壓力點高度差引入的不確定度分量為u3=pgh/=0.0007"kPa。

3"結語

工作標準數字壓力計在應用的過程中，相關先進技術不斷創新和發展，進一步提高了該裝置的應用質量和效率，確保測量結果的精準度。該裝置具有操作簡單、安全性能穩定、數字顯示直觀清晰、精準度高等顯著優勢，從而在多個領域被廣泛應用，得到工作人員的高度認可。因此，本文主要對工作標準數字壓力計的檢定方法和過程進行詳細分析，并深入探討了工作標準數字壓力計的不確定度評定，進而發揮該裝置的最大應用價值，確保產品質量和安全。

參考文獻

[1]于大洋，吳紅肖，劉業路，等.工作標準數字壓力計檢定方法[J].機械管理開發，2024，39（3）：24-25，28.

[2]陳明，謝鵬賡，丁浩然，等.0.05級數字壓力計標準裝置不確定度評定及其應用[J].水電與新能源，2023，37（8）：22-25.

[3]劉業路.0.05級數字壓力計測量審核實例及不確定度評定[J].機械管理開發，2024，39（2）：8-10.

[4]馬亞運，吳勇，廖鑫，等.基于數字壓力計的通風干濕表檢定方法研究[J].自動化技術與應用，2022，41（7）：132-136.

[5]王叢先，李鵬，張澤武，等.數字壓力計校準結果的不確定度分析[J].科學技術創新，2023（4）：37-40.