精密压力表标准装置技术报告.docx

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精密压力表标准装置技术报告

计量标准技术报告

计量标准名称精密压力表标准装置

计量标准负责人石毅

建标单位名称（公章）南宁铁路局南宁机务段

填写日期2017年11月10日

一、建立计量标准的目的

二、计量标准的工作原理及其组成

三、计量标准器及主要配套设备

四、计量标准的主要技术指标

五、环境条件

六、计量标准的量值溯源和传递框图

七、计量标准的重复性试验

八、计量标准的稳定性考核

九、检定或校准结果的测量不确定度评定

十、检定或校准结果的验证

十一、结论

十二、附加说明

一、建立计量标准的目的

为了在南宁机务段计量室开展精密压力表的检定工作，使生产中精密压力表的准确度和有效期得到保证，保障量值的准确可靠，使精密压力表标准装置有连续有效的检定或校准证书，申请精密压力表标准装置标准复核。

二、计量标准的工作原理及组成

精密压力表标准装置检定一般压力表的工作原理如下图所示

图中：

1－标准表　　　　2－被检表　　　　3－压力表校验器

标准表与被检表安装在压力表校验器的表座上，两表座用管路连通，管内注入液态工质，两表的弹簧管内腔与管路形成密闭容器，用压力表校验器对工质施加压力，根据帕斯卡定律，标准表与被检表将承受同样的压力，两表压力示值之差，就是被检压力表的示值误差。

当标准表与被检表安装在压力表校验器上，其受力点不在同一水平面时，被检表所受压力等于标准表所指示压力加上高度差所带来的附加液柱压力。

三、计量标准器及主要配套设备

计

量

标

准

器

名称

型号

测量范围

不确定度或

准确度等级或

最大允许误差

制造厂及

出厂编号

检定或校准

机构

检定周期或复校间隔

标准压力表

0.25MPa

0-0.25MPa

0.4级

上海自动化仪表厂3097

局计

12个月

标准压力表

0.4MPa

0-0.4MPa

0.4级

上海自动化仪表厂160

局计

12个月

标准压力表

0.6MPa

0-0.6MPa

0.4级

上海自动化仪表厂249

局计

12个月

标准压力表

1.0MPa

0-1.0MPa

0.4级

上海自动化仪表厂7808

局计

12个月

标准压力表

1.6MPa

0-1.6MPa

0.4级

上海自动化仪表厂2384

局计

12个月

标准压力表

2.5MPa

0-2.5MPa

0.4级

上海自动化仪表厂4718

局计

12个月

标准压力表

4MPa

0-4MPa

0.4级

上海自动化仪表厂2204

局计

12个月

标准压力表

25MPa

0-25MPa

0.4级

上海自动化仪表厂0633

局计

12个月

标准压力表

40MPa

0-40MPa

0.4级

上海自动化仪表厂2160

局计

12个月

标准压力表

60MPa

0-60MPa

0.4级

上海自动化仪表厂570

局计

12个月

主

要

配

套

设

备

压力表氧气表两用检查器

LYL-600

0-60MPa

徐州标准计量技术开发所146

四、计量标准的主要技术指标

精密压力表测量范围：

0-60MPa，准确度等级：

0.4级。

五、环境条件

序号

项目

要求

实际情况

结论

温度

（20±5）℃

（15-23）℃

合格

湿度

≤85%RH

（50-70）%RH

合格

环境压力

大气压

合格

六、计量标准的量值溯源和传递框图

上一级计量标准器具本单位计量标准器具下一级计量器具

直接比较

七、计量标准的重复性试验

标准装置

精密压力表

型号

25MPa

编号

0633

被测对象

普通压力表

型号

25MPa

编号

6779

测量参数

压力表示值

测量点

10MPa

温度

（15-23）℃

湿度

（50-70）%RH

测量值　时间

2010年

5月19日

MPa

2011年

5月20日

MPa

2012年

5月18日

MPa

2013年

5月20日

MPa

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.008

10.006

10.008

10.006

0.0103

0.00966

0.0103

0.00966

考核人员

复核人员

结论：

标准装置的重复性S＝0.0103MPa小于不确定度评定中的重复性数据0.12MPa，故本计量标准测量重复性符合要求。

八、计量标准的稳定性考核

标准装置

精密压力表

型号

25MPa

编号

0633

被测对象

普通压力表

型号

25MPa

编号

6779

测量参数

压力表示值

测量点

10MPa

测量值　时间

2014年

5月19日

MPa

2015年

5月20日

MPa

2016年

5月18日

MPa

2017年

5月20日

MPa

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.02

10.00

10.008

10.006

10.008

10.006

max-

min

0.002

结论：

本计量标准装置

max-

min=0.002，小于计量标准的扩展不确定度（最大允许误差0.1MPa），计量标准的稳定性符合要求。

考核人员：

九、检定或校准结果的测量不确定度评定

（一）、压力表检定的不确定度评定

依据JJG52－1999弹簧式一般压力、压力真空表和真空表检定规程规定，以弹簧管式精密压力表（以下简称标准表）作为标准，检定一般压力表、压力真空表是在被检表带数字的分度线上，以标准表对准检定值，从被检表上读偏差值。

下面以上限4MPa、1.5级一般压力表，量程相同，准确度0.4级的标准表为例建立评定不确定度的数学模型如下：

　　　　　　　PS＝Pn+Pp+ρ×ɡ×h×10-6

　式中：

PS――压力表指示值。

MPa

Pn――标准精密压力表的示值　MPa

Pp――被检压力表读数的偏差值　MPa

ρ×ɡ×h――标准表与被检表受压点不在同一水平面产生的附加液柱压力

　　　　ρ――压力表校验器所用液体工质的密度，本次评定变压器油kg/m3

ɡ――检定地点的重力加速度m/s2

h—－标准表与被检表受力点的高度差，当标准表受力点高于被检表时为正值　m

（二）、计算各量的估计值

本次不确定度评定压力上限4MPa，选定在中间压力Pn＝2MPa为评定点，故

Pn＝2MPa

Pp未定

ρ＝0.86×103kg/m3

ɡ=9.80m/s2

JJG52－1999弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程要求一般压力表检定时尽量使标准表与被检表受力点在同一水平面上，对液柱附加压力不予修正，因此h的估计值可以认为是零，因调整不完全准确而实际存在的高度作为系统将就导致的不确定度，故

　h=0

（三）、建立合成标准不确定度与各影响量标准不确定度关系

各影响量互相独立，则有

u2c（PS）=C21u2（Pn）+C22u2（Pp）+C23u2（ρ）×10－12+C24u2（ɡ）×10－12+C25u2（h）×10－12

灵敏系数：

　　　C1＝∂（PS）/∂（Pn）＝1

　　C2＝∂（PS）/∂（Pp）＝1

C3＝∂（PS）/∂（ρ）＝0

　C4＝∂（PS）/∂（ɡ）＝0

C5＝∂（PS）/∂（h）＝ρ×ɡ[kg/（m2.s2）]

（四）、评定各影响量的标准不确定度

1、标准表的不确定度

标准表的标准不确定度包括以下几个部分

1.1示值误差引入的不确定度

U＝4×0.004（MPa）＝0.016MPa，

u1.1（Pn）＝0.016/√―3=0.00924（MPa）

根据JJG49－1999弹簧管式精密压力表和真空表检定规程规定，检定精密压力表的标准器允许误差绝对值应不大于被检精密表的最大允许误差绝对值的四分之一，则标准表的示值误差的不可信度为25%，计算自由度如下

自由度ν1..1=1/（2×0.252）=8

1.2精密压力表对线的不确定度

精密压力表对准标准压力值刻线时会产生偏差，其大小不会超过精密压力表指钉宽度与刻线宽度之和的二分之一，现估计为精密表分度值的二十分之一，0.4级上限4MPa的精密表分度值为0.02MPa，

则此项不确定度为0.001MPa，作三角分布，k=√―6

U=0.001MPau1.2（Pn）＝0.001/√―6=0.000408（MPa）

以上估读的不可靠程度取30%，计算得自由度

自由度ν1..2=1/（2×032）=5.56

1.3精密压力表对线时视差引入的不确定度

精密表指针到表盘有一段距离，对线时将产生视差，视差由下式计算

▽＝b×▽h×i÷（H×n）

式中▽－视差

　　B－两眼瞳孔间距的二分之一，等于30mm

　　▽h－指针么表盘的距离，等于0.5mm

　　i－标准表分度值，等于0.02MPa

　　H－眼明视距离，等于250mm

n－表盘最小分度值的实际宽度，等于1.8mm

则u1.3（Pn）＝30×0.5×0.02／（√―6×250×1.8）＝0.000272MPa

以上估计的不可靠程度取30%，计算得自由度

ν1..3=1/（2×032）=5.56

1.4标准表因使用温度引入的不确定度

0.4级精密表检定时环境温度规定为20±3℃，一般压力表检定温度为20±5℃，现以温度差2℃计算其引入的不确定度如下

U1.4（Pn）＝0.004×2×4＝0.0032MPa

u1.4（Pn）＝0.0032／√―2＝0.00226MPa

以上估计的不可靠程度取30%，计算得自由度

自由度ν1..4=1/（2×032）=5.56

综合上面四部分可计算，标准表引入的不确定度为

u2（Pn）＝u21.1（Pn）＋u21..2（Pn）＋u21.3.（Pn）＋u21.4（Pn）

u（Pn）＝（0.009242＋0.0004082＋0.0002722＋0.002262）1/2＝0.00952MPa

自由度ν1＝0.009524/（0.009244/12.5+0.0004084/5.56+0.0002724/5.56+0.002264/5.56）=14.0

2、被检表读数引入不确定度

2.1单次读数引入不确定度

被检表读数误差取分度值的五分之一，作三角分布，k＝√―6，此估读的不可靠程度设为30%

U（Pp）=0.1/5=0.02MPa

u2.1（Pp）=0.02/√―2=0.00816MPa

由不可靠程度30%查，JJF1059－1999测量不确定度评定与表示，得自由度

ν2.1＝5.56

2.2被检表对线重复性

在重复性条件下，对被检表在评定点进行十次测量，得数据如下表，

序号

测量值MPa

残差MPa

残差平方

10.02

0.006

3.6E-05

10.00

-0.014

0.000196

10.02

0.006

3.6E-05

10.02

0.006

3.6E-05

10.02

0.006

3.6E-05

10.00

-0.014

0.000196

10.02

0.006

3.6E-05

10.00

-0.014

0.000196

10.02

0.006

3.6E-05

10.02

0.006

3.6E-05

合计

10.14

0.00084

平均值

10.014

实验标准差

0.789

重复性u2.2（Pp）＝0.00966MPa，自由度ν2.2＝9

2.3被检表瞄准时视差引入的不确定度

被检表指针到表盘有一段距离，对线时将产生视差，视差由下式计算

▽＝b×▽h×i÷（H×n）

式中▽－视差

　　B－两眼瞳孔间距的二分之一，等于30mm

　　▽h－指针到表盘的距离，等于1mm

　　i－被检表的分度值，等于0.1MPa

　　H－眼明视距离，等于250mm

n－表盘最小分度值的实际宽度，等于3mm

则u1.3（Pn）＝30×1×0.1／（√―6×250×3）＝0.00163MPa

视差作三角分布，k＝√―6，，以上估计的不可靠程度取30%，计算得自由度

ν1..3=1/（2×032）=5.56

被检表读数偏差的标准不确定度如下：

u2（Pp）＝u21.1（Pp）＋u21..2（Pp）＋u21.3.（Pp）

u（Pp）=（0.008162+0.009662+0.001632）1/2=0.0128MPa

自由度ν2＝0.01284/（0.00164/5.56+0.009664/9+0.001634/5.56）=14.9

3、标准表与被检表安装高度不一致引入的不确定度

本次评定所用精密表150mm，被检表100mm，在压力表校验器上安装时两表的受压点存在高度差，现估计最大为两表半径差，δh＝25mm＝0.0025m,作均匀分布，k=√―3,不可靠程度仍定为30%

U（h）＝25mm＝0.0025m

u（h）=0.025/√―3=0.0144（m）

计算得自由度

自由度ν3＝1/（2×032）=5.56

计算液柱高引入不确定度的灵敏系数如下：

液体密度ρ＝0.86×1000＝860（kg/m3）

重力加速度g＝9.8m/s2

C5＝∂（PS）/∂（h）＝ρ×ɡ[kg/（m2.s2）]＝860×9.8＝8428[kg/（m2.s2）]

5、重力加速度与液体密度引入的不确定度分量影响很小，本次评定不计。

（五）、标准不确定度分量一览表：

自变量标准不确定度u（xi）

不确定度来源

标准不确定度MPa

概率分布

Ci＝∂f/∂xi

Ciu（xi）

MPa

自由度

u（Pn）

u1（Pn）

u2（Pn）

u3（Pn）

u4（Pn）

标准表示值　

标准表示误差

标准表对线偏差

标准表对线视差

环境温度引入

0.00952

0.00924

0.000408

0.000272

0.00226

0.00952

14.0

12.5

5.56

u（Pp）

u1（Pp）

u2（Pp）

u3（Pp）

被检表对线偏差

被检表读数的不确定度

被检表对线的重复性

被检表对线视差

0.0128

0.00408

0.00632

0.00163

0.0128

15.4

5.56

u（ρ）

液体密度引入

u（g）

检定点重力加速度引入

u（h）

标准表与被检表受力点高度差引入

0.0144m

8428[kg/（m2.s2）]

121.6Pa

5.56

（六）、合成标准不确定度：

u2c（PS）=C21u2（Pn）+C22u2（Pp）+C23u2（ρ）×10－12+C24u2（ɡ）×10－12+C25u2（h）×10－12

uc（PS）＝（0.009522＋0.01282＋0＋0＋121.62×10－12）1/2＝0.0159MPa

有效自由度νeff=0.01594／（0.009524／14.0+0.01284／14.9+（121.6×10－6）4／5.56＝27

（七）、有效自由度：

自由度νef＝27，概率95%，查t分布表得

k95=2.06

扩展不确定度为U95=k95×uc（D）=2.06×0.0159=0.033MPa

应为取k=2

U=2*Uc=

（八）、本装置测量不确定度报告：

　　　评定点10MPa，U95=0.0033MPa，νeff＝27

十、检定或校准结果的验证

1、传递比较法

用被考核的计量标准测量一稳定的被测对象，然后将该被测对象用另一更高级的计量标准进行测量。

若用被考核的计量标准和更高级的计量标准进行测量时的扩展不确定度分别为Ｕlab和Ｕref，它们的测量结果分别为ylab和yref，在两者的包含因子近似相等的前提下应满足：

压力表检定装置的测量不确定度验证采用两台比对法，选择一件性能良好的压力表在本装置上测量得出结果，再送局技术监督所用精密压力表标准装置测量，并知本标准装置所用标准表与技术监督所的标准装置所用标准表是用不同的两台活塞压力计检定，其结果如下表：

单位：

MPa

测量点

测量结果

本装置扩展不确定度

计量所的装置扩展不确定度

（U21＋U22）1/2

量程

测量点

本装置

技术监督所标准装置

差值绝对值

10.02

10.04

0.02

0.038

0.029

0.047

两次测量结果的差值小于本装置与技术监督所的标准装置的扩展不确定度的方和根，本标准装置的测量不确定度合格。

十一、结论

本标准装置在使用0-25MPa的精密压力表时的扩展不确定度：

U95＝0.038MPa，νeff＝27

经过验证，本标准装置符合检定1.6级及以下一般压力表的要求，可以开展检定工作。

十二、附加说明

参考资料：

1、JJG52－1999弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程

2、计量标准器检定证书

3、全部原始记录

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