張敏 吳超

（1、上海市寶山區(qū)計量質(zhì)量檢測所力學室，上海 200940 2、上海博尼計量測試有限公司，上海 200333）

1 概述

在JJG1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》4.8條名詞術(shù)語定義中的注指出：測量不確定度包括由系統(tǒng)影響引起的分量，如與修正量和測量標準所賦量值有關(guān)的分量及定義的不確定度。有時對估計的系統(tǒng)影響未作修正，而是當作不確定度分量處理。[1]

考慮到小量程軟管連接隔膜壓力表（以下簡稱壓力表）計量檢測時與標準表的液位高度差是沒有規(guī)定技術(shù)要求和技術(shù)指標的，因此由檢測位置的不受控引起的檢測結(jié)果是不同的，有時甚至是有顯著差異的。

文章針對壓力表不同液位高度的壓力示值技術(shù)指標進行了計量測試實驗，通過數(shù)據(jù)分析給出實驗結(jié)果及其特點，評定方法和實驗結(jié)果可供行業(yè)專業(yè)人員及使用者借鑒、參考。

2 不確定度評定過程

2.1 測量依據(jù)

目前小量程軟管連接隔膜壓力表的計量檢測一般參照JJG 52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程。[2]也可以經(jīng)過認可依據(jù)JB/T 8624-1997《隔膜壓力表》行業(yè)標準。

2.2 計量標準

標準表：測量范圍(0～0.4)MPa,0.4 級。

2.3 被測對象

壓力表：測量范圍(0～0.4)MPa,1.6 級。

2.4 示值測量方法

2.4.1 測量條件

參照JJG 52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程，檢測壓力示值時，環(huán)境條件須滿足下列要求：

a.測量溫度：（20±5）℃；

b.相對濕度：≤85%；

c.環(huán)境壓力：大氣壓力；

d.工作介質(zhì)：空氣；

e.放置時間：在壓力表以上環(huán)境條件下放置不少于2h。

2.4.2 壓力示值檢測方法

2.4.2.1 壓力表豎直安裝并連接標準壓力表及壓力發(fā)生器，計量檢測連接見圖1。

圖1 壓力表檢測連接示意圖

放置分為三種形式：

a.壓力表表盤高于連接法蘭1m 處；

b.壓力表表盤于法蘭在同一水平面；

c.壓力表表盤低于連接法蘭1m 處。

2.4.2.2 在檢測過程中對檢測點進行升壓檢測時，要按照平穩(wěn)升壓的準則，對各個檢測點的示值進行檢測。當壓力表、標準壓力表組成的壓力系統(tǒng)達到壓力穩(wěn)定平衡時，要輕敲表殼，比較壓力表輕敲前、后的讀數(shù)，能夠計算并獲到壓力表的壓力示值以及示值誤差。

2.4.2.3 檢測結(jié)束后，檢查壓力表零位是否符合要求，在零壓力的情況下，對于帶有指針銷的壓力表，觀察指針是否緊靠指針銷；對于沒有指針銷的壓力表，觀察零位是否位于零位標志處。

2.5 數(shù)學模型

壓力表的測量模型

式中：δ- 壓力表的示值誤差，單位：MPa；

p- 壓力表的壓力示值平均值，單位：MPa；

ps- 標準壓力表的壓力值，單位：MPa；

Δp- 液位差引起的壓力附加值，單位：MPa。

標準不確定的來源：

a.標準壓力表差值引起的不確定度；

b.壓力表示值差值引起的不確定度；

c.由于被壓力表分辨力引起的不確定度；

d.液位差引起的不確定度。

2.6 不確定度傳播律

由于壓力表測量模型各輸入量并不相關(guān)，故相關(guān)系數(shù)為零，根據(jù)不確定度傳播律，檢測結(jié)果的合成標準不確定度為：

2.7 輸入量標準不確定度評定

2.7.1 壓力表引入的標準不確定度u（p）

u（p）由二部分產(chǎn)生，一部分來源于測量的重復性，設(shè)為u11、另一部分來源于壓力表的示值分辨力引入，設(shè)為u12。

將壓力表在不同液位差狀態(tài)下各重復檢測10 次，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 壓力表不同位置檢測數(shù)據(jù)

用A 類方法評定。根據(jù)貝塞爾公式計算得到單次測量值pi的實驗標準偏差為s（pi），故有：

0.100MPa 檢測點處數(shù)據(jù)根據(jù)（3）～（7）式計算，

2.7.2 標準表誤差限引入的標準不確定度u（ps）

式中：h- 檢測時存在的液面高度差，高于標準表液面的為“+”值，低于標準表液面的為“-”值，單位：m；

ρ- 壓力傳遞介質(zhì)為空氣，密度值及單位：1.29kg/m3；

g- 壓力表檢測地點在上海市，重力加速度值及單位：9.7946m/s-2。

由于空氣密度ρ 及上海檢測地點的重力加速度g的數(shù)據(jù)為文獻公布常數(shù)，引起的不確定度可以略去，故有。

將（14）式u（h）=0.00031m，及ρ=1.29kg/m3，g=9.7946m/s-2代入（10），

即得：

2.7.4 標準不確定度匯總

壓力表檢測結(jié)果的各項不確定度分量見表2。

表2 不確定度分量綜合表

2.8 合成標準不確定度

將表3 相關(guān)數(shù)據(jù)代入（2）式可得不同液位差條件下合成標準不確定度，因為u（Δp）完全可以忽略不計，故（2）式可簡化為：

表3 合成標準不確定度

2.9 擴展不確定度

取置信因子k=2，下式即可計算得液位差狀態(tài)下的擴展不確定度U 見表4。

表4 擴展不確定度

3 結(jié)果探討

我們將不同液位水平測量平均值p、重復性s（pi）及不同液位均值差形成的數(shù)據(jù)錄入表5 進行比較。

表5 壓力表檢測數(shù)據(jù)結(jié)果比較

本次以空氣為壓力傳遞介質(zhì)，通過設(shè)置軟管連接壓力表液位差±1m，形成上述表5 數(shù)據(jù)結(jié)果。經(jīng)分析比較可形成以下結(jié)論：

測量上限0.4MPa 的1.6 級壓力表允許誤差限為±0.0064MPa。表6 中不同位置檢測結(jié)果的重復性最大值為0.00114MPa，遠小于壓力表允許誤差限為±0.0064MPa。證明檢測結(jié)果是可信的；

在b 位置的測量誤差為-0.0018MPa，遠小于壓力表最大允許誤差限±0.0064MPa。證明測試結(jié)果符合1.6 級壓力表技術(shù)要求；a 位置的測量誤差為-0.0086MPa，c 位置的測量誤差最為0.0076MPa，都已經(jīng)超出壓力表最大允許誤差限±0.0064MPa，不符合1.6 級壓力表技術(shù)要求?？梢缘贸?，軟管連接隔膜壓力表在存在液位差的情況下，會極大的影響到壓力測量結(jié)果，可能會產(chǎn)生對測量結(jié)果的錯誤判斷。

因此，軟管連接隔膜壓力表檢測的相對垂直高度沒有明文規(guī)定，為了控制給出檢測結(jié)果的應(yīng)用風險，文章作者建議對軟管連接小量程隔膜壓力表進行檢測時，應(yīng)記錄及給出距同一檢測平面的正、負垂直距離，或征求用戶意見可否作降級處理。以保證壓力表在滿足使用要求的條件下維護用戶利益。