一種精密壓力表標(biāo)準(zhǔn)裝置
本文介紹一種各級(jí)計(jì)量部門及廠礦企事業(yè)單位進(jìn)行壓力表、氧氣表和其他禁油類壓力表檢定工作較為理想和實(shí)用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成和 基本工作原理和技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其不確定度進(jìn)行分析及驗(yàn)證。
1 .前言
壓力表在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用，壓力表計(jì)量十分重 要和普及。尤其是某些使用環(huán)境條件惡劣的行業(yè)，對(duì)壓 力表計(jì)量周期要求短、計(jì)量工作量大，計(jì)量測(cè)試時(shí)往往要 送檢，但送檢費(fèi)用高，有的很遠(yuǎn)不方便。因此建立一套簡(jiǎn) 單實(shí)用的壓力表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)能有效提高工作效率和保證量 值傳遞準(zhǔn)確可靠。本文介紹一種各級(jí)計(jì)量部門及廠礦企 事業(yè)單位進(jìn)行壓力表、氧氣表和其他禁油類壓力表檢定 工作較為理想和實(shí)用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成和基本工作 原理及其不確定度分析。
2.工作原理及組成
本裝置由十五塊精密壓力表(見(jiàn)表1)組成，配套設(shè) 備為一臺(tái)壓力表、氧氣表兩用校驗(yàn)器。
本裝置是根據(jù)帕斯卡定律，以流體靜力學(xué)的平衡原 理為基礎(chǔ)進(jìn)行壓力計(jì)量的。本裝置采用油水分離法，通 過(guò)兩級(jí)油水分離裝置，用精密壓力表作為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)校驗(yàn)下 等級(jí)的壓力表和氧氣表。檢定時(shí)，利用壓力校驗(yàn)器的手 動(dòng)柱塞泵造壓并通過(guò)油管路和水管路傳遞壓力(水管路中被校氧氣表接頭專作檢定氧氣表及其他禁油類壓力表 用，油管路中接頭作連接標(biāo)準(zhǔn)壓力表和被校壓力表用）， 將該壓力同時(shí)傳遞給精密壓力表和被測(cè)壓力表，使二者 在同一壓力下進(jìn)行示值比對(duì)。系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1。
3.主要技術(shù)指標(biāo)
（1）精密壓力表極限誤差:±0. 4 %
（2）測(cè)量范圍：（0?60) MPa
（3）擴(kuò)展不確定度：0. 30 %。
4.數(shù)據(jù)采樣
將測(cè)量范圍為（0?25) MPa，分辯力為0. 2MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0. 4級(jí)的精密壓力表安裝在試驗(yàn)器標(biāo)準(zhǔn)壓力 表接頭上作為標(biāo)準(zhǔn)表。
將一塊測(cè)量范圍為（0?25 ) MPa，分辯力為 0. 5MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為1. 5級(jí)的一般壓力表安裝在試驗(yàn) 器被檢壓力表接頭上作為被檢表。
在環(huán)境條件：溫度：（20 ±5) 相對(duì)濕度：小于 85 %，等溫2h以上；環(huán)境壓力：大氣壓，測(cè)量方法：通過(guò)升 壓和降壓兩個(gè)循環(huán)，將被測(cè)壓力表在10Mpa點(diǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) 表比較，逐點(diǎn)讀取被測(cè)壓力表示值，反復(fù)測(cè)量12次，各項(xiàng) 測(cè)值如表2所示。
5.不確定度分析
5. 1標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定
標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要有上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)引入 的測(cè)量不確定度分量m、測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分 量U2、溫度變化引起的不確定度分量U3、標(biāo)準(zhǔn)表估讀誤差引入的不確定度分量u4、數(shù)據(jù)修正引入的不確定度分 量屯五個(gè)分量,下面分別論述：
（1）由上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)引入的測(cè)量不確定 度分量U1
上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)為二等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力 計(jì),其準(zhǔn)確度等級(jí)為0. 05級(jí),服從正態(tài)分布,則:
U1= 0. 05 % +2. 58 = 0. 019 %
（2）由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量U2
n
E(Xi- X)2
S = =0.0135MPa
n - 1
不確定度用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表示：U2 = S/ 25 = 0. 054 %
（3）由溫度變化引起的不確定度分量U3
環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器,被檢表均產(chǎn)生影響。檢定規(guī)程 規(guī)定,檢定0.4級(jí)精密壓力表的溫度范圍為（20 ±3) "C, 檢定一般壓力表的溫度范圍為(20 ±5) C。所以，環(huán)境 溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的影響原始量為At1=3 C,對(duì)被檢表的影 響原始量為At2 = 5 C。
①環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表產(chǎn)生的示值誤差引入的不確定 度U31
環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表產(chǎn)生的示值誤差為：
A31 = k -P ?At1
式中：k —示準(zhǔn)表彈黌管彈性系數(shù)，k = 0. 0004 ; P — 標(biāo)準(zhǔn)表量程，P = 25 ; At1 —環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表影響原始 量,At1 = 3 C
所以 A31 = k -P ?At1 =0.0004 X25 X3 =0. 030MPa
產(chǎn)生這個(gè)溫度誤差的分布屬均勻分布,故:
△31
u31 = =0. 069 %
25 X 3
②環(huán)境溫度對(duì)被檢表產(chǎn)生的示值誤差引入的不確定 度%2
環(huán)境溫度對(duì)被檢表產(chǎn)生的示值誤差為：
A32 = k -P .At2
式中：k —皮檢表彈黌管彈性系數(shù)，k = 0. 0004; P —
被檢表量程，P = 25 ; At。一環(huán)境溫度對(duì)被檢表影響原始 量,At2 = 5 C
所以 A32 = k -P At2 = 0. 0004 X25 X5 = 0. 05MPa
產(chǎn)生這個(gè)溫度誤差的分布屬均勻分布,故：
A 32
U32= =0 . 115 %
32 25 X 3
（4）由標(biāo)準(zhǔn)表估讀誤差引入的不確定度分量U4 標(biāo)準(zhǔn)表的分度值為0. 2MPa ,要求估讀至分度值的
012 X110
1/ 10 ,服從均勻分布，故：U4 = =0. 046 %
4 25 X 3
（5）由數(shù)據(jù)修正引入的不確定度分量U5
對(duì)檢定的結(jié)果修約至標(biāo)準(zhǔn)表的估讀值,修約誤差為
估讀值的1,分布同屬均勻分布,故有：
U5 = 21 X U4 = 01023 %
5.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
以上各項(xiàng)相互獨(dú)立,用方和根法合成：
Uc = U2 + u2 + U2 + U2 + u5 =0. 15 %
5. 3擴(kuò)展不確定度
U=2uc=2 X0. 15 %=0. 30%
6.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的驗(yàn)證
選取一塊測(cè)量范圍為（0?25) MPa,分辯力為 0.5MPa,準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的一般壓力表,按4中所 述方法進(jìn)行測(cè)量,并將測(cè)量結(jié)果與該表的上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢定 結(jié)果相比較,見(jiàn)表3：
選取兩次檢定結(jié)果中最大差值為0.001 MPa,小于2 Uc, 故不確定度得到驗(yàn)證。
6.結(jié)論
本裝置擴(kuò)展不確定度為0.30%,符合JJG 52 - 1999
?彈黌管式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》
的要求,可開(kāi)展1. 5級(jí)以下一般壓力表的檢定工作。
