BQ084数字式压力计示值误差不确定度.docx
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BQ084数字式压力计示值误差不确定度
作业指导书
数字式压力计
示值误差的测量不确定度评定
版号：
第一版
文件编号：
BQ-084
编制：
日期：
年月日
审核：
日期：
年月日
批准：
日期：
年月日
实施日期：
年月日
1．概述
1.1测量依据：
JJG875-2005《数字式压力计》。
1.2测量标准：
主要计量标准为标准活塞压力计，设备配置如表1
表1.实验室的计量标准器和配套设备
序号
设备名称
技术性能
1
双活塞压力真空计
测量范围（-0.1～0.25）MPa
一等
2
标准宽量程活塞式压力计
测量范围（0.04～0.6）MPa
一等
3
标准宽量程活塞式压力计
测量范围（0.1～6）MPa
一等
4
标准宽量程活塞式压力计
测量范围（1～60）MPa
一等
本次试验采用的活塞式压力计测量范围：
（0.1～6）MPa0.01级
1.3环境条件：
（20±2）℃等温2h以上，相对湿度≤80%。
1.4被测对象：
选择一只测量范围为（0～4）MPa、0.05级，最小分辨力为0.0001MPa的数字压力计作测量结果的不确定度评定。
1.5测量方法：
将数字压力计与标准活塞压力计安装在同一校验台上，并使被检数字压力计指针轴与活塞压力计的下端面在同一水平面上，然后采用比较法进行检定。
当升（降）压到一个校准点，系统达到平衡后，数字压力计示值与活塞压力计产生的压力值之差，即为被校数字压力计的示值误差。
2数学模型
△P＝PX-PN
（1）
式中：
△P－被检数字压力计的示值误差，MPa；
PX－被检数字压力计的示值，MPa；
PN－标准压力计的示值，MPa；
对
（1）式微分得灵敏系数为
C1=
=1
（2）
C2=
=-1（3）
3标准不确定度评定
3.1测量不确定度的来源主要有：
被校数字压力计在校准过程中的短期不稳定性和测量不重复；
校准环境温度对标准和被校压力计的影响引入的测量误差；
被校压力计的显示波动（或分辨率）误差；
校准中当标准器与被检数字压力计的取压口不在同一水平面时，形成的气柱差造成的测量误差；
标准压力计短期不稳定性；
标准压力计的定级不确定度引入的误差。
3.2输入量PX的标准不确定度u（PX）的评定
检定过程中，输入量PX的标准不确定度来源主要包括三部分：
一是数字压力计在检定过程中的短期稳定性和测量重复性、这两者通常混为一体表现出来，不好明确区分；二是数字压力计的分辨率误差；三是检定环境温度影响。
3.2.1短期稳定性和测量重复性的标准不确定度分量u1（PX）的评定
短期稳定性和测量重复性二者共同引入的标准不确定度，可以通过在重复条件下连续测量得到的一组数据列，用不确定度的A类评定方法得到。
数据列可以选取一个点，在重复条件下连续测量来得到，也可以是在全量程范围进行多个循环测量来获取。
本实例选取被检压力计量程的二分之一2MPa点，作10次等精度测量，测量数据如表1所示：
表1等精度测量数据
序号
测试点（MPa）
（MPa）
（MPa）
2（MPa）
1
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
2
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
3
2．0000
1．9997
0.00006
3.6×10-9
4
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
5
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
6
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
7
2．0000
1．9997
0.00006
3.6×10-9
8
2．0000
1．9997
0.00006
3.6×10-9
9
2．0000
1．9996
－0.00004
1.6×10-9
10
2．0000
1．9997
0.00006
3.6×10-9
1．99964
24×10-9
实验标准差为：
S（
）=
＝0.00005MPa（4）
实际测量为二次循环，以m=4次测量值的平均值作为测量结果，则不确定度为:
u1（PX）=S（
）=
≈0.000017MPa（5）
有效自由度为：
=n-1=9（6）
3.1.2压力计分辨率误差的标准不确定度分量u2（PX）的评定
大部分数字压力计的末位显示值都有不同程度的波动，这种波动将直接影响到检定结果。
波动值有大有小，本实例取最小分辨率的两倍为0.0002MPa，半宽a=0.0001MPa，且均匀分布，按不确定度的B类评定方法评定。
则显示波动造成的标准不确定度为：
u2（PX）＝
＝
＝0.000058MPa（7）
假定
的可信度为80％，则自由度
＝
＝12（8）
3.1.3检定环境温度影响引入的标准不确定度分量u3（PX）的评定
由于检定时严格按规程要求控制检定环境温度（温度：
20.5℃），所以被检数字压力计受检定环境温度影响引入的标准不确定度分量u3（PX）=0
3.1.4输入量PX的标准不确定度各分量u1（PX）、u2（PX）和u3（PX）互不相关，故输入量PX的标准不确定度及自由度为：
u（PX）＝
＝
＝0.00006MPa（9）
＝
=14（10）
3．2输入量PN的标准不确定度u（PN）的评定
输入量PN的标准不确定度来源主要包括标准装置（或标准器）的不确定度；标准器与被检数字压力计的取压口不在同一平面上造成的液柱差；标准器受检定环境温度的影响。
3.2.1标准装置（或标准器）引入的标准不确定度分量u1（PN）的评定
本次检定的标准装置是一台测量范围为（0.1～6）MPa的一等活塞式压力计，其证书给出的准确度等级为0.02级。
已知被检数字压力计的测量上限为4MPa，根据活塞压力计误差计算方法（实际测量值的0.02%），设检定中造成的最大测量误差点在4MPa处，即最大误差为0.0008MPa，且在检定范围内服从均匀分布。
按不确定度的B类评定方法评定。
则标准器引入的标准不确定度为：
u1（PN）＝
＝
＝0.00046MPa（11）
假定
的可信度为90％，则自由度
＝
＝50（12）
3.2.2液柱差引入的标准不确定度分量u2（PN）的评定
检定中当标准器与被检数字压力计的取压口不在同一水平面时，形成的液柱差将造成测量误差。
该项测量误差可以通过人工干预得到消除。
而本次检定中活塞压力计的活塞下端面与被检数字压力计的取压口之间形成6cm的液柱差，该液柱差产生的测量误差为：
Δ=ρgh＝（860kg/m3×9.7913m/s2×0.06m）＝505Pa≈0.00005MPa
液柱差产生的测量误差在检定范围内服从均匀分布。
按不确定度的B类评定方法评定。
则液柱差引入的标准不确定度为：
u2（PN）＝
＝
＝0.00028MPa（13）
假定
的可信度为90％，则自由度
＝
＝50（14）
3．2．3检定环境温度影响引入的标准不确定度分量u3（PN）的评定
由于检定时严格按规程要求控制检定环境温度（温度：
20.2℃），所以标准器受检定环境温度影响引入的标准不确定度分量u3（PN）=0
3．2．4输入量PN的标准不确定度各分量u1（PN）、u2（PN）互不相关，故输入量PN的标准不确定度及有效自由度为：
u（PN）＝
＝
＝0.00054MPa（15）
＝
=83（16）
4合成标准不确定度评定
4.1输入量的标准不确定度各分量如表2所示
4.2合成标准不确定度的计算
因各分量彼此独立，所以合成不确定度为：
（△P）=
＝
＝0.00054MPa（17）
表2标准不确定度各分量汇总表
标准不确定度名称
不确定度来源
标准不确定度分量u（Pi）（MPa）
Ci
u（PX）
被检数字压力计
0.00006
1
14
u1（PX）
短期稳定性和测量重复性
0.00016
9
u2（PX）
显示误差
0.00058
12
U3（PX）
环境温度影响
0
0
u（PN）
标准装置（标准器）
0.00054
-1
83
u1（PN）
活塞压力计的不确定度
0.00046
50
u2（PN）
液柱差
0.00028
50
u3（PN）
环境温度影响
0
0
4.3合成标准不确定度的有效自由度
合成标准不确定度的有效自由度
为：
＝
=83（18）
5扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%,将有效自由度
＝83对照t分布表查得
kP=t95（100）＝1.984,实际计算时取k=2
则扩展不确定度为
U95=k×
（△P）＝2×0.00054≈0.001MPa（19）
6测量不确定度报告
经分析，该台数字式压力计在2MPa处检定结果的扩展不确定度为
U=0.001MPak=2
其相对扩展不确定度为U＝0.025%FS
7.本套标准装置校准数字压力计的校准和测量能力（CMC）
当被校数字压力计的测量范围、分辨率发生变化时，不确定度分量中的u1（P）、u2（P）、u3（P）以及u（PO）都将发生变化。
考虑到检测校准实际工作状况，因此采用本套标准装置校准数字压力计的校准和测量能力（CMC）如表4、表5
表4标准装置的校准和测量能力（CMC）
测量范围（kPa）
U（k=2）
-100～0
0～100
0～250
表5标准装置的校准和测量能力（CMC）
测量范围（MPa）
U（k=2）
0～0.6
0～1.0
0～1.6
0～2.5
0～4.0
0～6.0
0～10
0～16
0～25
0～40
0～60
0～100
0～160
0～250
以上压力范围的测量能力（CMC）也可以表示为：
（－100～250）kPaU＝（k=2）
（0～60）MPaU＝（k=2）
（0～250）MPaU＝（k=2）
8.说明
通过上述评定得到校准和测量能力（CMC），是本实验室在常规条件下能够提供给客户的最小的测量不确定度。
在对客户的计量器具进行实际校准时，当客户计量器具引入的不确定度分量与上述评估中的不确定度分量不相符合时，可套用本不确定度的评定方法重新进行不确定度评定。
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