压力表示值的测量不确定度分析

压力表示值的测量不确定度分析

一、概述
1、测量方法
依据 JJG49-1999 <<弹簧管式一般压力表、压力真空表及真空表>>检定规程
2、环境条件:
温度:20±5℃ ;湿度:湿度 ≤ 85%
3、测量标准:
精密压力表: 测量范围:(0~4 )MPa精度等级, 0.4级
根据国家量传系统表规定,检定精密压力表的测量不确定度u99 =0.4% ;包含因子 k=3。
4、被测对象:
弹簧管式压力表,测量范围:(0~4 )MPa精度等级: 1.5 级
5、测量过程:
工作压力表和精密表的工作原理是弹簧管在压力和真空作用下,产生弹性变形引起管端位移,其位移通过机械传动机构进行放大,传递给指示装置,再由指针在刻有法定计量单位的分度盘上指出被测压力或真空量值。因此,在压力表检定装置上,同时对精密压力表和被检工作压力表施加相同的压力,通过比较作为标准器的精密压力表和被检工作压力表的指示值,测出被检工作压力表的示值误差。
6、评定结果的使用:
在符合上述条件下的测量结果,一般可直接使用本不确定度的评定结果。
二、数学模型
根据上面分析,被检表的示值误差可以写成(1)式的数学模型:

式中:E—被检表的示值误差;MPa
P 1 — 被检表某检定点的压力示值;MPa;
P 0 — 精密压力表示值;MPa 。
三、方差和灵敏系数
依据:

对式(1)求方差可得:

其中灵敏度系数 :c ( P 1 )= 1 c ( P 0 )= 1


式中:u c —被检表示值误差的测量不确定度
u 1 —被检表表引入的测量不确定度
u 2 —标准器引入的测量不确定度
四、测量不确定度一览表

五、分量标准不确定度分析计算
1、被检表示值不确定度分量 u 1
1.1重复性影响不确定度分量 u 1.1
根据比对方案,选取一块1.6级0~4MPa,编号为2003.9.301的工作压力表,在压力表检定装置正常工作条件下等精度在2MPa点重复测量10次,具体测量值如下:

共10次正行程计n=10得 : MPa
依据:公式1,该点的误差为:2.01 -2.00 = 0.01MPa
则压力表在2 MPa点的实际值为:2.01 MPa
由于取十次测量结果平均值作为校准结果,则平均值的标准偏差为 s ( p )

1.2读数误差引入的测量不确定度分量 u 1.2
根据检定规程,压力表的示值按分度值的1/5估读,该误差为均匀分布,故由估读引入的 最大的测量不确定度分量 u 1.2为:

1.3轻敲被检表引入的测量不确定度分量u 1.3
根据规程规定,被检表轻敲引起的示值变动量为该表允许基本误差的1/2,遵从均匀分布:
则:

1.4数据修约影响不确定度分量 u 1.3
检定结果修约至被检表的估读值(即分度值的1/5),其修约误差为估读值的1/2,遵从均匀分布,则:

通过分析可知上述不确定度分量不相关,则被检表示值不确定度分量u 1为:

2标准器不确定分量 u 2
2.1、标准器引入的测量不确定度分量 u2.1
根据检定证书可得,精密压力表本身的不确定度为0.4% ( p = 99%),包含因子k=3故:

2.2、环境温度的影响引入的测量不确定度分量u2.2
根据资料,精密压力表允许的工作环境温度为20±10℃,其指示值误差应满足下式要求:
△P=±P(δ+0.04%×Δt )
其中:P 为精密压力表的测量上限
δ为精密压力表的最大允许误差绝对值
Δt=t 2 - t 1,t 2为精密压力表实际工作环境温度, t 1:当t 2高于23℃时为23℃,当t 2低于17℃时为17℃,当t 2在17~23℃时,Δt=0 。
即由于工作环境温度偏离规程规定而增加的示值误差为:
△P'=±P(0.04%×Δt )
假设工作环境温度为20±10℃,既△t=7,环境温度误差为均匀分布,则由环境温度的影响引入的测量不确定度分量u 2.2为:

通过分析可知上述不确定度分量不相关,则合成标准不确定度为u ( S )为:


六、合成标准不确定度

七、扩展不确定度
U = k•uc = 2×0.02 =0.04 MPa
k = 2
八、报告
在工作环境温度为20±10℃,相对湿度 不大于85 %的环境条件下,该被检压力表在2 MPa的实际值为: 2.01 MPa,压力的测量不确定度:U =0.04 MPa , k = 2
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