弹簧管压力表的检定与不确定度评定

弹簧管压力表的检定与不确定度评定

伍志明

广东省云浮市质量计量监督检测所　　 广东省云浮市　　527300

摘要：弹簧管压力表在工业流程和科研领域得到广泛应用，为了保障测量准确性及生产及实验的安全性，必须定期对其进行检定。该文阐述了弹簧管压力表的检定方法，并以量程2.5MPa、准确度等级1.6的弹簧管压力表为例介绍了不确定度的评定方法。

关键词：弹簧管压力表；检定；不确定度评定

弹簧管压力表是利用弹簧管受到压力作用，产生的变形量与压力大小成线性关系原理制成的以指针显示被测压力的仪表，在预防事故、保障安全方面发挥着重要作用[1]。弹簧管压力表已在几乎所有工业流程与科研领域得到应用，显著影响安全生产与设备运行，计量检定对保障弹簧管压力表的准确性及节约成本起着关键作用[2]。因此，本文对弹簧管压力表的检定与不确定度评定进行了分析。

1弹簧管压力表的检定

1.1检定依据

弹簧管压力表检定的依据是《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表》（JJG 52-2013）。该规程适用于弹簧管压力表、波纹管压力表、膜盒压力表、膜片压力表等弹性元件式压力表的检定。

1.2检定标准器

JJG 52规定，检定弹簧管压力表的标准器最大误差绝对值不大于被检压力表最大误差绝对值的1/4，例如量程1MPa、准确度等级1.6的弹簧管压力表可使用量程1.6MPa、准确度等级0.25的精密压力表来检定。用于检定弹簧管压力表的标准器包括弹性元件式精密压力表、活塞压力计、标准液体压力计、补偿式微压计、0.05级及以上的数字压力计等。

1.3检定环境

JJG 52规定，弹簧管压力表检定时，要在温度15～25℃、相对湿度不超过85%、大气压力下静置不少于2h。检定工作介质为清洁空气（如检定空气压力表）、无腐蚀性液体（如检定油压表）等。

1.4检定项目

JJG 52规定，检定弹簧管压力表的项目包括外观、零位误差、示值误差、回程误差、轻敲位移、指针偏转平稳性等。不同类型压力表有特定检定项目，例如氧气压力表有禁油要求。检定项目分首次检定、后续检定、使用中检查三种类别，首次检定项目最全，使用中检查项目最少，后续检定项目介于两者之间。

1.5检定顺序

在检定弹簧管压力表时，首先检查外观（是否符合JJG 52关于外观结构、标志、指示装置、测量范围、分度值等要求）。然后再把被检弹簧管压力表与标准器安装在校验平台上，并密封接头。随后检查零点，计算零位误差，注意带止销和不带止销的零位误差区别，前者为最大允许误差的绝对值，后者为零点分度线宽度范围（带±）。如果零位误差符合要求，继续检查指示值、回程、轻敲位移等项目。回程与指示值应同时检查，分别计算回程误差与示值误差。

1.6检定过程中问题处理

在弹簧管压力表检定过程中可能出现跳针、卡针、擦盘或壳、不回零、不满格等现象，需有针对性地处理。跳针是指升压或降压时，指针不规律运动，突然增大或减小，出现这情况的原因是内部机件（齿轮、轴孔等）不均匀磨损、有污渍或存在毛刺、台阶等，应拆开表盘，对传动件进行仔细检查并清洁。指针卡住不动，可能是管路堵塞或齿轮过度磨损，前者可疏通或清洁，后者只能报废处理。指针擦盘或壳可能是指针或表盘变形、表轴倾斜，可拆下指针、表盘进行矫正，表轴倾斜可使用平口钳矫正。指针不回零、不满格可能与游丝未盘紧或连杆太短有关，尝试调整游丝松紧或连杆长短加以解决。

2弹簧管压力表测量误差不确定度的评定

2.1数学模型

弹簧管压力表测量数学模型如下：

（1）

式中△P为被检弹簧管压力表的示值误差，P被检表和P标准表分别为被检弹簧管压力表和标准压力表的显示值。

对数学模型各分量求偏导数得到灵敏系数：

（2）

（3）

2.2检定条件

被检表为量程2.5MPa、准确度等级1.6、最小分度值为0.05MPa的弹簧管压力表，根据JJG 52，该表测量上限的最大允许误差为±2.5%，其余部分为±1.6%。标准表为量程10 MPa、准确度等级0.05的精密压力表。采用直接比较法进行检定。

2.3标准不确定度的评定

2.3.1源于示值重复性的标准不确定度分量

被检表在2 MPa点测量10次，测量值中有6个2.00MPa，3个2.01MPa，1个2.02MPa，计算测量平均值和标准差如下：

MPa（4）

MPa（5）

按下式计算相对标准不确定度：

≈0.28%（6）

自由度按下式计算：

=10-1=9（7）

2.3.2源于环境温度变化的标准不确定度分量

环境温度引起测量误差符合均匀分布，温度修正系数K取0.04%℃，半宽温度a取5℃，系数k取，其标准不确定度分量按下式计算：

≈0.12%（8）

环境温度变化测量的可靠性估为50%，其自由度按下式计算：

=2（9）

2.3.3源于被检压力表估读的标准不确定度分量

根据JJG 52第7.3.3条规定，被检压力表示值按分度值的1/5估读，而被检表的最小分度值是0.05MPa，分度值半宽a取0.05MPa/5=0.01MPa，估读误差符合均匀分布，系数

k取，其标准不确定度分量按下式计算：

≈0.23%（10）

被检压力表测量的可靠性估为50%，其自由度按下式计算：

=2（11）

2.3.4源于轻敲位移的示值变动量的标准不确定度分量

根据JJG 52第5.5条，轻敲位移的示值变动量不大于最大允许误差绝对值的1/2，据此可知轻敲位移的示值变动量误差分布亦属于均匀分布，系数k取，其自由度按下式计算：

≈0.23%（12）

轻敲示值变动量的可靠性估为25%，其自由度按下式计算：

≈8（13）

2.3.5源于数据修约的标准不确定度分量

根据JJG 52第7.3.3条规定，被检压力表示值按分度值的1/5估读，修约误差为估读示值的1/2，误差分布符合均匀分布，系数k取，其标准不确定度分量按下式计算：

≈0.12%（14）

可靠性估为50%，其自由度按下式计算：

=2（15）

2.3.6源于标准表的标准不确定度分量

根据标准表检定书，其扩展不确定度为0.05%，且服从正态分布，系数k取2.58，其标准不确定度分量按下式计算：

≈0.02%（16）

自由度→∞。

2.4合成标准不确定度的评定

由于标准不确定度各分量之间无相关性，故此合成标准不确定度按下式计算：

（17）

2.5相对扩展不确定度的评定

由于标准不确定度前5个分量大小相对接近（0.12%～0.28%），根据统计学中心极限定理，可以认为被检压力表的测量符合正态分布，包含因子k取2，其置信概率约为95%，被检压力表的相对扩展不确定度按下式计算：

=2×0.46%=0.92%（18）

2.6不确定度报告

被检弹簧管压力表（量程为2.5MPa、准确度等级为1.6）在2MPa点的示值误差扩展不确定度0.92%，2，测量结果可表示为Y=2.0050×（1±0.92%）MPa。

3结语

为了保证弹簧管压力表检定的可靠性，计量检定人员必须熟悉弹簧管压力表检定的方法和具体要求，并在完成各项检定项目之后，还要依照不确定度评定方法对弹簧管压力表的测量不确定度进行评定，这样才能完整地表达弹簧管压力表检定结果。

参考文献：

[1]叶加星,徐浩然,秦露,等.弹簧管压力表测量结果的不确定度分析与评定[J].液压气动与密封,2019,39(8):67-70.

[2]路嬿平.弹簧管压力表检定与调修中的问题探讨[J].铁道技术监督,2018,46(11):16-18.