化工生產(chǎn)中精密壓力表測(cè)量結(jié)果不確定度的計(jì)算
文章通過對(duì)彈性元件式精密壓力表測(cè)量不確定度的計(jì)算和分析，結(jié)合測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度所對(duì) 應(yīng)允許的確立，差采用建立數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了評(píng)定，并給出了相應(yīng)的評(píng)定結(jié)果 計(jì)算方法，得到了合成不確定度。
在化工生產(chǎn)中，有許多對(duì)壓力參數(shù)的要求比較 嚴(yán)格的工藝指標(biāo)，在這些關(guān)鍵測(cè)量部位往往會(huì)使用 精密壓力表進(jìn)行壓力參數(shù)的測(cè)量。目前，國(guó)內(nèi)精密 壓力表的準(zhǔn)確度范圍基本為0.1級(jí)、0.25級(jí)與0.4 級(jí)，由于0.1級(jí)的精密壓力表多為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)用， 所以，在生產(chǎn)過程中控制與測(cè)量使用的精密壓力表 的準(zhǔn)確度基本都是0.25級(jí)或0.4級(jí)的。
下面我們以一塊0.4級(jí)，（0~6)MPa精密壓力表 為例并依據(jù)國(guó)家頒布現(xiàn)行的計(jì)量檢定規(guī)程及相應(yīng) 的技術(shù)規(guī)范作出以下計(jì)算。
1.計(jì)算中的測(cè)量條件
1.1測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)儀器
標(biāo)準(zhǔn)儀器：0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)；測(cè)量范圍： (0.1~6)MPa，允許誤差：土 0.003 MPa。
1.2被測(cè)儀表參數(shù)
被測(cè)儀表：0.4級(jí)精密壓力表，測(cè)量范圍：（0~6) MPa，允許誤差：土 0.024 MPa。
1.3檢測(cè)環(huán)境條件
實(shí)驗(yàn)室溫度19.2T (規(guī)程要求：20^ 土3^), 相對(duì)濕度:名60%RH;(規(guī)程要求:名80%RH)。
1.4測(cè)量使用方法
依據(jù)JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真 空表檢定規(guī)程》的要求，對(duì)這塊精密壓力表的各主 刻度線示值進(jìn)行逐點(diǎn)檢定。由0.05級(jí)活塞式壓力 計(jì)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力值與精密壓力表指針?biāo)甘镜?/span> 壓力值進(jìn)行比對(duì)，找出被檢精密壓力表的誤差。
1.5測(cè)量工作原理
在0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)上加上檢定示值相對(duì) 應(yīng)的專用砝碼，當(dāng)專用砝碼作用于活塞有效面積所 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力與造壓器發(fā)生的壓力相平衡時(shí)，活 塞托盤旋轉(zhuǎn)的同時(shí)穩(wěn)定在一個(gè)標(biāo)定的高度界面上， 這時(shí)產(chǎn)生的壓力值即為專用砝碼所對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力 值。被檢精密壓力表指示值與標(biāo)準(zhǔn)器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn) 壓力值之間的差值，即為這塊精密壓力表在這一檢 定值上的示值誤差。
2.數(shù)學(xué)模型
AP=Px-Pn
△ P為被檢精密壓力表的示值誤差，單位為MPa;Px為被檢精 密壓力表的實(shí)際指示值，單位為MPa;Pn為0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)上 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力值，單位為MPa;
3.計(jì)算中各不確定度來源
(1)重復(fù)測(cè)量引起的測(cè)量結(jié)果不確定度分量； (2)精密壓力表引起的測(cè)量結(jié)果不確定度分量；（3) 環(huán)境溫度引起的測(cè)量結(jié)果不確定度分量；（4)分度 值估讀引起的測(cè)量結(jié)果不確定度分量；（5)活塞式 壓力計(jì)量傳時(shí)引起的測(cè)量結(jié)果不確定度分量；（6) 因?qū)嶒?yàn)人員操作及視力偏差引起的測(cè)量結(jié)果不確 定度分量等。
4.實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
被檢精密壓力表引起的不確定度分量U,;精密 壓力表示值重復(fù)測(cè)量引起的不確定度分量Ux,。
4.1為了準(zhǔn)確的獲得重復(fù)性測(cè)量的不確定度，用0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)被檢精密壓力 表6MPa示值點(diǎn)進(jìn)行6~10次連續(xù)重復(fù)獨(dú)立的測(cè) 量，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)JF1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī) 范》附錄C中對(duì)重復(fù)性試驗(yàn)的要求，在相同的測(cè)量 條件下，我們這塊精密壓力表經(jīng)過了 10次重復(fù)測(cè) 量，得到以下測(cè)量數(shù)據(jù):6.005、6.01、6.015、6.01、 6.01、6.005、6.01、6.005、6.01、.005MPa.
測(cè)量結(jié)果平均值即為:p=1/n^px=6.0085 (MPa) 單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差：s=6.0026(MPa)
平均值標(biāo)準(zhǔn)差：3T?0.0008(MPa) 重復(fù)測(cè)量的平均值標(biāo)準(zhǔn)差即為重復(fù)測(cè)量的標(biāo) 準(zhǔn)不確定度：Uri=0.0008(MPa)，自由度Vd=n-1=9
4.2被檢壓力表估讀引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量^ (B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度），根據(jù)現(xiàn)行的JJG49-2013《彈 性元件式精密壓力表和真空表檢定規(guī)程》中第7.3.3 “示值誤差檢定”的要求，在精密壓力表分度值的估 讀時(shí)，要估讀求誤差應(yīng)為分度值的1/10，這塊準(zhǔn)確 度0.4級(jí)，測(cè)量范圍(0~6)MPa精密壓力表分度值 是：0.05 MPa/格，所以，它的估讀誤差應(yīng)為± 0.005MPa，此誤差分布服從均勻分布，則包含因子 k=0 ； ux2=0.005^ -x/3 =0.0029 (MPa)估計(jì)其不可信 度為10%;則自由度為1/〔2x(10%)2〕=50。
4.3根據(jù)JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真 空表檢定規(guī)程》對(duì)于檢定環(huán)境的要求。0.4級(jí)精密壓 力表的檢定環(huán)境溫度為(20 ±3)^C，而做本次實(shí)驗(yàn) 時(shí)的實(shí)驗(yàn)室溫度為19.2C，所以，因環(huán)境溫度變化引 起的測(cè)量結(jié)果不確定度可以忽略不計(jì)。
4.4做為標(biāo)準(zhǔn)儀器的活塞式壓力計(jì)，在工作時(shí)產(chǎn)生 的不確定度及人為操作與視力偏差產(chǎn)生的不確定 度可以略去不計(jì)，如果確實(shí)存且比較穩(wěn)定，在可作 為一個(gè)不確定度分量來處理；
以上各不確定分量，ud,等之間彼此獨(dú) 立，互不相關(guān)，為方便計(jì)算本文中只選用^，^,兩 個(gè)比較分明顯的分量，經(jīng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定公式計(jì)算 如下，合成不確定度為：
u (px) = Ju2xl + u2x2 =心0.00082 + 0.00292 噸003 (MPa)
5 .0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)引起的標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確 度u2的計(jì)算
根據(jù)JJG59-2007《活塞式壓力計(jì)檢定規(guī)程》[3]的 要求，0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)檢定6MPa點(diǎn)時(shí)的允許 誤差應(yīng)為：
a=± 0.05%>x6=± 0.003MPa
取a的半寬為0.003MPa，誤差服從均勻分布， 則包含因子 k=$。仏=0.003/ S =^0.0017 (MPa)，
估計(jì)其不可信度為10%，故自由度V2=1/〔2x (10%)2〕=50;
6.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc的計(jì)算： uc =」u2, +u22 一 0.002(MPa)
7.擴(kuò)展不確定度的計(jì)算
取置信概率p=95%，按有效自由度Vrff=108，查 t分布表得丄5=1.984;
經(jīng)計(jì)算擴(kuò)展不確定度為：U95=k? x uc=1.984 x 0.002=^0.004 (MPa)
8.測(cè)量結(jié)果不確定度
使用0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)做為標(biāo)準(zhǔn)儀器，檢定 0.4級(jí)，測(cè)量范圍為(0 ~ 6)MPa的精密壓力表，在檢 定6MPa點(diǎn)示值時(shí)，其測(cè)量結(jié)果為6.004 (MPa)，測(cè) 量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為:U95=0.004MPa，Veff=108。
綜上所述，使用準(zhǔn)確度0.4級(jí)，測(cè)量范圍為(0? 6) MPa的精密壓力表的允許誤差應(yīng)為：±0.024 MPa，我們經(jīng)過對(duì)這塊精密壓力表測(cè)量不確定度的 計(jì)算，在6MPa示值點(diǎn)的測(cè)量不確定度僅為：U%= 0.004MPa(k=2)。
總之，在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中，我們通過對(duì)精密壓 力表測(cè)量不確定度的計(jì)算，即可準(zhǔn)確的掌握使用中 精密壓力表的測(cè)量不確定度，如果我們能正確選擇 測(cè)量不確定度較理想的精密壓力表對(duì)于壓力的工 藝指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，它所測(cè)得的示值誤差肯定會(huì)提大 大小于本塊精密壓力表準(zhǔn)確度所對(duì)應(yīng)的示值誤差， 也就是說通過測(cè)量不確定度計(jì)算，使該精密壓力表 處于優(yōu)選使用狀態(tài)，達(dá)到合理選用不同精度的精密 壓力的目的。
