化工生產(chǎn)中精密壓力表測量結(jié)果不確定度的計算
文章通過對彈性元件式精密壓力表測量不確定度的計算和分析，結(jié)合測量儀表準(zhǔn)確度所對 應(yīng)允許的確立，差采用建立數(shù)學(xué)模型的方法對其測量結(jié)果進行了評定，并給出了相應(yīng)的評定結(jié)果 計算方法，得到了合成不確定度。
在化工生產(chǎn)中，有許多對壓力參數(shù)的要求比較 嚴(yán)格的工藝指標(biāo)，在這些關(guān)鍵測量部位往往會使用 精密壓力表進行壓力參數(shù)的測量。目前，國內(nèi)精密 壓力表的準(zhǔn)確度范圍基本為0.1級、0.25級與0.4 級，由于0.1級的精密壓力表多為在實驗室內(nèi)應(yīng)用， 所以，在生產(chǎn)過程中控制與測量使用的精密壓力表 的準(zhǔn)確度基本都是0.25級或0.4級的。
下面我們以一塊0.4級，（0~6)MPa精密壓力表 為例并依據(jù)國家頒布現(xiàn)行的計量檢定規(guī)程及相應(yīng) 的技術(shù)規(guī)范作出以下計算。
1.計算中的測量條件
1.1測量標(biāo)準(zhǔn)儀器
標(biāo)準(zhǔn)儀器：0.05級活塞式壓力計；測量范圍： (0.1~6)MPa，允許誤差：土 0.003 MPa。
1.2被測儀表參數(shù)
被測儀表：0.4級精密壓力表，測量范圍：（0~6) MPa，允許誤差：土 0.024 MPa。
1.3檢測環(huán)境條件
實驗室溫度19.2T (規(guī)程要求：20^ 土3^), 相對濕度:名60%RH;(規(guī)程要求:名80%RH)。
1.4測量使用方法
依據(jù)JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真 空表檢定規(guī)程》的要求，對這塊精密壓力表的各主 刻度線示值進行逐點檢定。由0.05級活塞式壓力 計產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力值與精密壓力表指針?biāo)甘镜?/span> 壓力值進行比對，找出被檢精密壓力表的誤差。
1.5測量工作原理
在0.05級活塞式壓力計上加上檢定示值相對 應(yīng)的專用砝碼，當(dāng)專用砝碼作用于活塞有效面積所 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力與造壓器發(fā)生的壓力相平衡時，活 塞托盤旋轉(zhuǎn)的同時穩(wěn)定在一個標(biāo)定的高度界面上， 這時產(chǎn)生的壓力值即為專用砝碼所對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力 值。被檢精密壓力表指示值與標(biāo)準(zhǔn)器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn) 壓力值之間的差值，即為這塊精密壓力表在這一檢 定值上的示值誤差。
2.數(shù)學(xué)模型
AP=Px-Pn
△ P為被檢精密壓力表的示值誤差，單位為MPa;Px為被檢精 密壓力表的實際指示值，單位為MPa;Pn為0.05級活塞式壓力計上 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力值，單位為MPa;
3.計算中各不確定度來源
(1)重復(fù)測量引起的測量結(jié)果不確定度分量； (2)精密壓力表引起的測量結(jié)果不確定度分量；（3) 環(huán)境溫度引起的測量結(jié)果不確定度分量；（4)分度 值估讀引起的測量結(jié)果不確定度分量；（5)活塞式 壓力計量傳時引起的測量結(jié)果不確定度分量；（6) 因?qū)嶒炄藛T操作及視力偏差引起的測量結(jié)果不確 定度分量等。
4.實驗中標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算
被檢精密壓力表引起的不確定度分量U,;精密 壓力表示值重復(fù)測量引起的不確定度分量Ux,。
4.1為了準(zhǔn)確的獲得重復(fù)性測量的不確定度，用0.05級活塞式壓力計作為標(biāo)準(zhǔn)儀器對被檢精密壓力 表6MPa示值點進行6~10次連續(xù)重復(fù)獨立的測 量，本實驗根據(jù)JF1033-2008《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī) 范》附錄C中對重復(fù)性試驗的要求，在相同的測量 條件下，我們這塊精密壓力表經(jīng)過了 10次重復(fù)測 量，得到以下測量數(shù)據(jù):6.005、6.01、6.015、6.01、 6.01、6.005、6.01、6.005、6.01、.005MPa.
測量結(jié)果平均值即為:p=1/n^px=6.0085 (MPa) 單次測量標(biāo)準(zhǔn)差：s=6.0026(MPa)
平均值標(biāo)準(zhǔn)差：3T?0.0008(MPa) 重復(fù)測量的平均值標(biāo)準(zhǔn)差即為重復(fù)測量的標(biāo) 準(zhǔn)不確定度：Uri=0.0008(MPa)，自由度Vd=n-1=9
4.2被檢壓力表估讀引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量^ (B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度），根據(jù)現(xiàn)行的JJG49-2013《彈 性元件式精密壓力表和真空表檢定規(guī)程》中第7.3.3 “示值誤差檢定”的要求，在精密壓力表分度值的估 讀時，要估讀求誤差應(yīng)為分度值的1/10，這塊準(zhǔn)確 度0.4級，測量范圍(0~6)MPa精密壓力表分度值 是：0.05 MPa/格，所以，它的估讀誤差應(yīng)為± 0.005MPa，此誤差分布服從均勻分布，則包含因子 k=0 ； ux2=0.005^ -x/3 =0.0029 (MPa)估計其不可信 度為10%;則自由度為1/〔2x(10%)2〕=50。
4.3根據(jù)JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表和真 空表檢定規(guī)程》對于檢定環(huán)境的要求。0.4級精密壓 力表的檢定環(huán)境溫度為(20 ±3)^C，而做本次實驗 時的實驗室溫度為19.2C，所以，因環(huán)境溫度變化引 起的測量結(jié)果不確定度可以忽略不計。
4.4做為標(biāo)準(zhǔn)儀器的活塞式壓力計，在工作時產(chǎn)生 的不確定度及人為操作與視力偏差產(chǎn)生的不確定 度可以略去不計，如果確實存且比較穩(wěn)定，在可作 為一個不確定度分量來處理；
以上各不確定分量，ud,等之間彼此獨 立，互不相關(guān)，為方便計算本文中只選用^，^,兩 個比較分明顯的分量，經(jīng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定公式計算 如下，合成不確定度為：
u (px) = Ju2xl + u2x2 =心0.00082 + 0.00292 噸003 (MPa)
5 .0.05級活塞式壓力計引起的標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確 度u2的計算
根據(jù)JJG59-2007《活塞式壓力計檢定規(guī)程》[3]的 要求，0.05級活塞式壓力計檢定6MPa點時的允許 誤差應(yīng)為：
a=± 0.05%>x6=± 0.003MPa
取a的半寬為0.003MPa，誤差服從均勻分布， 則包含因子 k=$。仏=0.003/ S =^0.0017 (MPa)，
估計其不可信度為10%，故自由度V2=1/〔2x (10%)2〕=50;
6.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc的計算： uc =」u2, +u22 一 0.002(MPa)
7.擴展不確定度的計算
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;
經(jīng)計算擴展不確定度為：U95=k? x uc=1.984 x 0.002=^0.004 (MPa)
8.測量結(jié)果不確定度
使用0.05級活塞式壓力計做為標(biāo)準(zhǔn)儀器，檢定 0.4級，測量范圍為(0 ~ 6)MPa的精密壓力表，在檢 定6MPa點示值時，其測量結(jié)果為6.004 (MPa)，測 量結(jié)果擴展不確定度為:U95=0.004MPa，Veff=108。
綜上所述，使用準(zhǔn)確度0.4級，測量范圍為(0? 6) MPa的精密壓力表的允許誤差應(yīng)為：±0.024 MPa，我們經(jīng)過對這塊精密壓力表測量不確定度的 計算，在6MPa示值點的測量不確定度僅為：U%= 0.004MPa(k=2)。
總之，在長期工作實踐中，我們通過對精密壓 力表測量不確定度的計算，即可準(zhǔn)確的掌握使用中 精密壓力表的測量不確定度，如果我們能正確選擇 測量不確定度較理想的精密壓力表對于壓力的工 藝指標(biāo)進行測量，它所測得的示值誤差肯定會提大 大小于本塊精密壓力表準(zhǔn)確度所對應(yīng)的示值誤差， 也就是說通過測量不確定度計算，使該精密壓力表 處于優(yōu)選使用狀態(tài)，達(dá)到合理選用不同精度的精密 壓力的目的。
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