關于彈簧管式一般壓力表示值誤差測量結果的不確定度評定分析
1 彈簧管式不確定度測量條件
1.1 測量依據
根據《彈簧管式一般壓力表、壓力真空表以及真空表》中的相關內容展開測量, 這種方式能夠保證彈簧管式一般壓力表示值測量規范性與準確性。
1.2 測量環境
為了保證最終測量結果的精確性, 需要在15～25℃環境中展開測量, 同時在濕度85%環境下檢測標準大氣壓。被檢測的表需要在上述環境中靜置2h再進行測量, 這種方式能夠大大提升最終彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度測量結果有效性。
1.3 測量標準與測量對象
需要使用0.4級精密壓力表。工作壓力表的測量范圍為0～1.6MPa, 分度值在0.02MPa左右, 壓力表示值需要根據分度值的五分之一進行估讀, 工作壓力表為1.5級。
2 彈簧管式一般壓力表示值數學模型的建立
彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度數學模型建立需要考慮以下內容:第一考慮測量重復性影響, 在彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度測量過程中, 重復測量會在一定程度上影響最終測量效果, 壓力表經多次反復測量后, 需要引入標準不確定度分量, 通常表示為u1。
第二考慮環境條件。環境條件對彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度評定影響較大, 根據相關規定, 最適宜環境溫度為15～25℃, 在該種溫度環境中, 雖然標準和被檢表所處環境溫度相同, 但由于二者之間膨脹系數不同, 會產生一定不確定性, 該項條件下不確定度分量為u2。
第三, 考慮壓力表指針中心和精密壓力表高度差的不確定度。在實際彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度測量過程中, 二者存在一定高度差, 因此會出現一定不確定量, 該種類型不確定量表示為u3。
第四, 壓力表示值的估讀, 由于是估讀, 因此會存在一定誤差, 在此過程中引入不確定分量, 表示為u4。
第五, 考慮精密壓力表存在的誤差。在精密壓力表中, B類不確定度分量表示為u5。二等活塞壓力計引入的不確定度分量為u6。通常情況下, 彈簧管式一般壓力表示值誤差的計算公式如式 (1) 所示。
式中, M為誤差值;P1為某一定點壓力;P0為某定點精密壓力表示值。通過對以上不確定度分量研究發現, 在計算彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度的過程中, 需要采用相應公式進行計算, 如式 (2) 所示。
式中, K為壓力表溫度影響系數, 取值0.0004;P為壓力表的量程;t為環境溫度與標準溫度之間的差值;Hg是壓力表指針與精密表的高度差;Pg為估讀誤差;Pb為標準器誤差[1]。
3 彈簧管式一般壓力表示值誤差測量結果不確定度
3.1 被檢壓力表重復測量
在彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度展開評定過程中, 若采用重復測量法, 其中不確定度會發生一定變化, 為了對此過程中不確定度進行準確測量, 需要在0～40MPa壓力下, 采用0.4級精密壓力表, 對1.6級彈簧管式中20MPa的點展開獨立測量, 測量次數為10次, 將每次測量結果記錄下來, 最終對其進行分析。第一次至第十次測量數值分別為19.4MPa、20.2MPa、20.2MPa、19.6MPa、19.8MPa、20.2MPa、19.6MPa、19.8MPa、20.2MPa和20.4MPa。根據以上數值計算出算數平均值為19.94MPa, 標準偏差為0.34MPa。
3.2 被檢壓力表估讀誤差
在實際彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度測量中, 被檢壓力表數值需要根據分度值的五分之一讀取, 通常情況下, 1.6級彈簧管式壓力表中估讀誤差為0.2MPA, 誤差分布情況為正態分布, 因此其中置信水平為95%, 覆蓋因子數值為2。其中不確定度為0.1MPa。
3.3 精密壓力表準確度
精密壓力表中準確度也會形成一定不確定度, 屬于B類標準, 根據彈簧管式精密壓力表中內容能夠確定0.4級彈簧管式壓力在0～40MPa之間, 金精密壓力數值允許最大誤差為0.16MPa, 這也是不確定度區間半寬值。最終不確定度為0.08MPa。
3.4 環境溫度
溫度環境中不確定度屬于B類, 通常情況下, 彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度測量溫度為15～25℃, 在極限溫度測量過程中, 精密壓力表產生最大誤差Kt為t-20℃, 其中Kt為彈簧管溫度系數, 數值為0.004℃, P為40MPa, 覆蓋因子K為3, 根據以上數據計算出不確定度為0.046MPa。
3.5 精密壓力表估讀誤差
在實際彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度評定過程中, 精密壓力表數值需要根據分度值的十分之一估讀, 以0.4級精密壓力表為例, 在壓力0～40MPa條件下, 估讀誤差數值為0.02MPa, 覆蓋因子K為2, 則其中不確定度為0.01MPA。
3.6 精密壓力表和被檢壓力表指針軸高度差
壓力表校驗過程中, 二者指針軸之間存在50mm的高度差, 主要是由硅油液位高度所導致的, 在此過程中需要計算液體體積, 再與覆蓋因子相乘, 最終得到數值就是不確定度。
3.7 合成標準
由于彈簧管式一般壓力表示值誤差不確定度評定中各項不確定度是獨立存在的, 因此在實際測量過程中, 需要對其進行合成, 合成過程不確定度計算方法如式 (3) 所示。
4 結論
隨著時代發展, 彈簧管式一般壓力表示值誤差測量結果受關注程度逐漸提升, 如何保證測量結果的準確性, 成為有關人員關注的重點問題。本文通過研究彈簧管式一般壓力表示值誤差測量結果不確定度發現, 采取合理措施能夠大大提升測量結果準確性。總之, 研究彈簧管式一般壓力表示值誤差測量結果不確定度, 能夠為今后彈簧管式一般壓力表示值測量結果不確定度研究發展奠定基礎。
