化工生产中精密压力表测量结果不确定度的计算

文章通过对弹性元件式精密压力表测量不确定度的计算和分析，结合测量仪表准确度所对应允许的确立，差采用建立数学模型的方法对其测量结果进行了评定，并给出了相应的评定结果计算方法，得到了合成不确定度。

在化工生产中，有许多对压力参数的要求比较严格的工艺指标，在这些关键测量部位往往会使用精密压力表进行压力参数的测量。目前，国内精密压力表的准确度范围基本为0.1级、0.25级与0.4级，由于0.1级的精密压力表多为在实验室内应用，所以，在生产过程中控制与测量使用的精密压力表的准确度基本都是0.25级或0.4级的。

下面我们以一块0.4级，（0~6)MPa精密压力表为例并依据国家颁布现行的计量检定规程及相应的技术规范作出以下计算。

1.计算中的测量条件

1.1测量标准仪器

标准仪器：0.05级活塞式压力计；测量范围：(0.1~6)MPa，允许误差：土0.003MPa。

1.2被测仪表参数

被测仪表：0.4级精密压力表，测量范围：（0~6)MPa，允许误差：土0.024MPa。

1.3检测环境条件

实验室温度19.2T(规程要求：20土3),相对湿度:名60%RH(规程要求:名80%RH)。

1.4测量使用方法

依据JJG49-2013《弹性元件式精密压力表和真空表检定规程》的要求，对这块精密压力表的各主刻度线示值进行逐点检定。由0.05级活塞式压力计产生的标准压力值与精密压力表指针所指示的压力值进行比对，找出被检精密压力表的误差。

1.5测量工作原理

在0.05级活塞式压力计上加上检定示值相对应的专用砝码，当专用砝码作用于活塞有效面积所产生的标准压力与造压器发生的压力相平衡时，活塞托盘旋转的同时稳定在一个标定的高度界面上，这时产生的压力值即为专用砝码所对应标准压力值。被检精密压力表指示值与标准器产生的标准压力值之间的差值，即为这块精密压力表在这一检定值上的示值误差。

2.数学模型

AP=Px-Pn

△P为被检精密压力表的示值误差，单位为MPaPx为被检精密压力表的实际指示值，单位为MPaPn为0.05级活塞式压力计上产生的标准压力值，单位为MPa

3.计算中各不确定度来源

(1)重复测量引起的测量结果不确定度分量；(2)精密压力表引起的测量结果不确定度分量；（3)环境温度引起的测量结果不确定度分量；（4)分度值估读引起的测量结果不确定度分量；（5)活塞式压力计量传时引起的测量结果不确定度分量；（6)因实验人员操作及视力偏差引起的测量结果不确定度分量等。

4.实验中标准不确定度的计算

被检精密压力表引起的不确定度分量U,精密压力表示值重复测量引起的不确定度分量Ux,。

4.1为了准确的获得重复性测量的不确定度，用0.05级活塞式压力计作为标准仪器对被检精密压力表6MPa示值点进行6~10次连续重复独立的测量，本实验根据JF1033-2008《计量标准考核规范》附录C中对重复性试验的要求，在相同的测量条件下，我们这块精密压力表经过了10次重复测量，得到以下测量数据:6.005、6.01、6.015、6.01、6.01、6.005、6.01、6.005、6.01、.005MPa.

测量结果平均值即为:p=1/npx=6.0085(MPa)单次测量标准差：s=6.0026(MPa)

平均值标准差：3T?0.0008(MPa)重复测量的平均值标准差即为重复测量的标准不确定度：Uri=0.0008(MPa)，自由度Vd=n-1=9

4.2被检压力表估读引起的标准不确定度分量(B类标准不确定度），根据现行的JJG49-2013《弹性元件式精密压力表和真空表检定规程》中第7.3.3“示值误差检定”的要求，在精密压力表分度值的估读时，要估读求误差应为分度值的1/10，这块准确度0.4级，测量范围(0~6)MPa精密压力表分度值是：0.05MPa/格，所以，它的估读误差应为±0.005MPa，此误差分布服从均勻分布，则包含因子k=0；ux2=0.005-x/3=0.0029(MPa)估计其不可信度为10%则自由度为1/〔2x(10%)2〕=50。

4.3根据JJG49-2013《弹性元件式精密压力表和真空表检定规程》对于检定环境的要求。0.4级精密压力表的检定环境温度为(20±3)C，而做本次实验时的实验室温度为19.2C，所以，因环境温度变化引起的测量结果不确定度可以忽略不计。

4.4做为标准仪器的活塞式压力计，在工作时产生的不确定度及人为操作与视力偏差产生的不确定度可以略去不计，如果确实存且比较稳定，在可作为一个不确定度分量来处理；

以上各不确定分量，ud,等之间彼此独立，互不相关，为方便计算本文中只选用，,两个比较分明显的分量，经合成标准不确定公式计算如下，合成不确定度为：

u(px)=Ju2xl+u2x2=心0.00082+0.00292吨003(MPa)

5.0.05级活塞式压力计引起的标准不准确度u2的计算

根据JJG59-2007《活塞式压力计检定规程》[3]的要求，0.05级活塞式压力计检定6MPa点时的允许误差应为：

a=±0.05%>x6=±0.003MPa

取a的半宽为0.003MPa，误差服从均勻分布，则包含因子k=$。仏=0.003/S=0.0017(MPa)，

估计其不可信度为10%，故自由度V2=1/〔2x(10%)2〕=50

6.合成标准不确定度的计算

合成标准不确定度Uc的计算：uc=」u2,+u22一0.002(MPa)

7.扩展不确定度的计算

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

经计算扩展不确定度为：U95=k?xuc=1.984x0.002=0.004(MPa)

8.测量结果不确定度

使用0.05级活塞式压力计做为标准仪器，检定0.4级，测量范围为(0~6)MPa的精密压力表，在检定6MPa点示值时，其测量结果为6.004(MPa)，测量结果扩展不确定度为:U95=0.004MPa，Veff=108。

综上所述，使用准确度0.4级，测量范围为(0?6)MPa的精密压力表的允许误差应为：±0.024MPa，我们经过对这块精密压力表测量不确定度的计算，在6MPa示值点的测量不确定度仅为：U%=0.004MPa(k=2)。

总之，在长期工作实践中，我们通过对精密压力表测量不确定度的计算，即可准确的掌握使用中精密压力表的测量不确定度，如果我们能正确选择测量不确定度较理想的精密压力表对于压力的工艺指标进行测量，它所测得的示值误差肯定会提大大小于本块精密压力表准确度所对应的示值误差，也就是说通过测量不确定度计算，使该精密压力表处于优选使用状态，达到合理选用不同精度的精密压力的目的。