数字压力计检定装置不确定度分析

数字压力计检定装置不确定度分析

孟宪宁

中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江省哈尔滨市，150028

摘要：在国防工业生产上，压力与其它的物理参数一样是工业生产过程及自动化过程中不可缺少的控制参数，其计量的准确度直接影响到生产的质量、经济效益和能源的利用率。因此不论从经济或技术观点上看，准确的压力计量测试都是必不可少的，测量不确定度表征了测量结果有效性的可疑程度和不肯定程度，是判定测量结果质量的依据，为满足压力量值溯源的需求，需评定数字压力计检定装置的不确定度。本文选用美国FLIKE公司的PG7601气体活塞式压力计、MS-AMH-38专用砝码、RPM4数字式气压计及6270A数字压力计组成的数字压力计检定装置对数字压力计检定开展不确定度的评定。

测量标准的器具的组成和工作原理，气体活塞式压力计主要由活塞系统、专用砝码和校验器三大部分组成，是根据帕斯卡定律，以流体静力学的力平衡原理为基础进行压力计量。气体活塞式压力计由活塞系统、砝码和活塞筒构成活塞系统，其工作原理是：当被测压力p作用于活塞底面时，应有一个垂直向上的力，活塞上加放的专用砝码产生的力垂直向下；当活塞处于静力平衡状态时，两个力相等，所以被测压力可由专用砝码的质量与活塞有效面积的比值来决定。

1测量方法

将被检定/校准的数字压力计安装在活塞式压力计的压力系统内，在活塞式压力计承重盘上加载或卸载压力计专用砝码，通过压力装置对系统加压或泄压，当活塞式压力计达到平衡状态，读取数字压力计的标准压力值，比较其差值，获得测量结果，依据的检定规程JJG875-2019数字压力计检定规程。

2测量模型

式中：P—— 被测压力，Pa

      M—— 活塞及其连接件以及专用砝码质量，kg

      g—— 使用地点的重力加速度，m/s2

—— 空气密度，kg/m3

——砝码（或活塞、连接件、承重盘）密度，kg/m3

A0——在参考温度下活塞的有效面积，m2

——活塞杆热膨胀系数，℃-1

——活塞筒热膨胀系数，℃-1

——工作介质密度，kg/m3

——活塞表面张力系数，N/m

——活塞周长，m

——活塞鉴别力，N

——活塞与垂直方向夹角

——压力形变系数，MPa-1

——活塞温度，℃

——液柱高度差，m

灵敏系数：

简化的测量模型为：

式中：P—— 被测压力，Pa

      M—— 活塞及其连接件以及专用砝码质量，kg

      g—— 使用地点的重力加速度，m/s2

          A——在参考温度下活塞的有效面积，m2

有以上可知，活塞压力计产生压力的大小取决于活塞有效面积以及活塞所负荷砝码质量的大小，同样，活塞压力计的不确定度也主要取决于两者的不确定度。实际工作中，必须考虑活塞压力计的其他影响因素，通过修正使其对于活塞压力计输出压力准确度的影响减到最小。这里面，我们需要考虑活塞压力计的温度变化以及压力形变的影响，必要时应进行温度、压力的修正，也要考虑活塞表面张力影响因素，还要对于质量进行浮力修正。

3各输入量的标准不确定度分量的来源及评定

3.1  A类别标准不确定度评定

气体活塞压力计测量重复性引入的不确定度分量

该不确定度是由测量重复性引入的标准不确定度分量，通过对编号为7411590004-3，测量范围为（0~200）kPa的0.01级数字压力计在P=100kPa点进行10次测量得到数据如下：

0.00032 kPa

相对灵敏系数0.01kPa-1，则1.6×10-6

3.2  B类标准不确定度评定

（1）活塞压力计承重盘、连接件以及专用砝码引入的不确定度分量

由检定规程可知，气体活塞压力计砝码的允许偏差为±0.001%，按均匀分布，，

相对灵敏系数则，

（2）重力加速度引入的不确定度分量

使用地点哈尔滨的重力加速度g=9.8066 m/s2，其最大测量误差为±0.00005 m/s2，按均匀分布，

相对灵敏系数则，

（3）活塞有效面积A0引入的不确定度分量

0.005级气体活塞压力计有效面积的允许误差为±0.003%，按均匀分布，

相对灵敏系数

4.合成标准不确定度及扩展不确定度的评定

（1）经上述分量的分析、计算，各分量相互独立，则合成不确定度：

=1.8×10-5

（2）取包含因子k=2 ，则扩展不确定度为：

0.0036%（k=2）

综上，该数字压力计检定装置测量结果扩展不确定度为：=0.0036%，k

=2。将以上测量结果与二级计量站间测量结果进行比较，并参加国家计量院能力验证活动，均获得满意结果。

     5 结论

通过上述分析可以知道，美国FLIKE公司的PG7601气体活塞式压力计、MS-AMH-38专用砝码、RPM4数字式气压计及6270A数字压力计组成的数字压力计检定装置是常用的数字压力计检定装置，对于所选数字压力计其测量结果的不确定度为=0.0036%，k=2，满足数字压力计的校准规范，能够保证数字压力计测量精度，数字压力计测量过程中受多个因素的影响，即存在较多的不确定度分量，影响其测量结果，测量人员应尽量降低这些因素对测量结果的影响。

参考文献：

1、JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示

2、JJG 875-2019  数字压力计检定规程

3、高红.压力测量不确定度评定 中国计量出版社。