活塞式压力计校准数字压力计的不确定度分析

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压力测量是最普遍的测量手段之-，活塞压力计是应用最广泛的压力标准器具。在日常的检测和校准工作中，我们常用高等级的活塞式压力计检定(校准)低等级的数字压力计。检定时依据 JG 875-2005《数字压力计》计量检定规程开展工作，出具校准证书时，须按JF1059-1999(mJ量不确定度评定与表示》的要求，给出不确定度。在校准测量数字压力计时-般用多次测量结果的示值误差平均值作为校准结果。本文以用 0.02级活塞式压力计校准 0.05级数字压力计的具体实例，介绍其测量结果的不确定度分析与评定方法。

1 评定依据数学模型：ApPx-P式中：△P-被检数字压力计示值误差；- 被检数字压力计示值；P -标准压力计的示值。

2 校准方法用0.o2级活塞式压力计通过直接比较法，并参照JJG875-2005(数字压力计检定规程》的检定方法对O.05级(O-10)MPa数字压力计进行校准。校准环境的温湿度：20.0C，50%RH；工作介质：空气。

3 不确定度来源校准过程中，，j/k量 不确定度来源包括六个部分：(1)数字压力计的测量重复性；(2)上-级标准；(3)数字压力计与标准活塞式压力计活塞工作位置不在同-水平面；(4)数字压力计的分辨率误差；(5)环境温度变化；(6)零点漂移。

4 各输入量的标准不确定度分量4.1 重复测量引入的不确定度分量 /2，，理论方法是：在重复性条件或复现性条件下对被测量 进行 n次独立重复观测，观测值为 (i1，2，，n)。计算出测量结果的算术平均值 ∑ 。由贝塞尔公式可计算出单次测量的实验标准差：， 、 厂T- 鲁L- 厂以平均值的实验标准差 s(兢)作为该测量结果的标准不确定度，即此测量结果的A类标准不确定度，其值为：( )： 。

为了获得重复性测量的不确定度，对被校准 0.05级数字压力计做全范围多次检定，在 8MPa点上变化较大，以这组数据为代表，共重复5次正反行程， 10，压力值分别为：8.0002、8.0003、8.0002、8.0O02、8.00O4、8.0003、8.0004、8.0002、8.0003、8.0002。根据测量结果，应用 Ex-eel计算出重复测量引人的标准不确定度 u ，1O.8×10-4.2 标准装置校准数字压力计时引人的不确定度分量 u2该标准活塞式压力计的准确度等级为 O.02%，按规程规定最大允许误差不大于允差绝对值的二分之-，估计为均匀分布，取 k ，采用 B类方法评定，其不确定度分量为 u2，u， ：1 × -0-.0 2-%- ： O.6×10-4。 √3 z4.3 液位差引入的标准不确定度分量 Ⅱ3用标准活塞式压力计对数字压力计进行校准时，由于标准活塞式压力计活塞工作位置与数字压力计感压面位置不在同-水平面，从而两个参考水平面之间的气柱或液柱差会形成压力差，即P砌 式中：P-气柱或液柱造成的压力差，Pa；p-介质密度，kg/m3； -当地重力加速度，In/s2； -标准活塞式压力计工作位置与数字压力计感压面位置差，i/ira。 。

当操作介质为液体时，由于液体的压缩性很小，因此在不同压力检定点上可以认为 P值不变；但当操作介质为气体时，可以认为气体介质的密度与压力成正比，因《计i与测试技4)2013年第4o卷第5期此，可以将气体介质的密度取作最高压力校准点时的气体密度。对由于参考位置高度差引起的压力差应该进行修正。在这个实例中的活塞压力计具有修正气柱压力差的功能，该高度差的测量很容易达到 5 mln，因此，可以取h：5mm。由标准活塞式压力计活塞工作位置与数字压力计感压面位置差修正误差引入的标准不确定度分量 Lu ，其值：tied，可忽略。

√34.4 数字压力计的分辨力引人的不确定度分量 u假设数字压力计示值的最后-位所代表的压力为R，考虑服从均匀分布，则由数字压力计的分辨力所引入的不确定度 4，udR/2√30.29R因 R0.0001，则 /2，d2.9 X 104.5 环境温度变化引入的不确定度分量对于数字压力计而言，温度的变化往往对传感器的性能造成很大的影响，所以数字压力计-定要有温度影响的技术指标，目前大多数厂家都已经针对温度变化对数字压力计压力量值的影响进行了补偿修正，以便在特定的温度范围内使温度产生的影响最校通常数字压力计都会给出-个工作温度范围，在这个工作温度范围内，认为该数字压力计的温度影响产生的不确定度是很小的；超出工作温度范围时，由温度影响造成的测量不确定度会增大。该被校准的数字压力计具有温度补偿功能，此次测量又是在恒温的实验室内进行，所以 0。

4.6 数字压力计的零点漂移误差引入的不确定度分量 u对于 0.02级数字压力计回零误差允差为 ±O.02%，按规程规定最大允许误差不大于允差绝对值的二分之-，估计为均匀分布，取 k√3，其不确定度分量为：6：1× ：o.6×105 合成标准不确定度 u由数字压力计示值误差测量的数学模型可得灵敏系数为：C1-O(aAPnp)-1.cz - 1综上所述，合成标准不确定度为‰ ：/ ：： 、/ 百21.2×106 扩展不确定度当 P95%，取 k2，则扩展不确定度：U95 z2X c2×1.2×10- 2.4 X 10-7 标准不确定度-览表(见表 1)表 1