摘要: 便攜式壓力校驗(yàn)儀是一種高精度的通用標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)儀器。它操作性強(qiáng)，適用于多種現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。本文以DPI 型便攜式數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的測(cè)量不確定度為例，論述了壓力校驗(yàn)儀的測(cè)量方法、誤差來(lái)源及其測(cè)量不確定度的評(píng)定，最后給出了一些相關(guān)建議。
1 概述
壓力儀表工作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件與檢定實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件截然不同，有的現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，使用壓力現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀在生產(chǎn)和工作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓力儀表、壓力傳感器及壓力測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)就能代表生產(chǎn)和工作現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)運(yùn)行的情況，減少和避免了環(huán)境及工作條件不同而引起的誤差，提高了測(cè)試準(zhǔn)確度和工作效率。由于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)所使用的設(shè)備具有保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用，因此其測(cè)量準(zhǔn)確度也應(yīng)該得到保證，故需要對(duì)其進(jìn)行不確定度評(píng)定。
本文以DPI 型便攜式壓力校驗(yàn)儀為例，進(jìn)行測(cè)量誤差的不確定度評(píng)定。DPI 型便攜式壓力校驗(yàn)儀是英國(guó)Druck 公司研制的一款結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可便攜、一體式電池供電的壓力儀表，自備壓力源，具有壓力控制微調(diào)、電源輸出和測(cè)量等功能，同時(shí)還可提供( 4 ～ 20) mA 回路測(cè)試和數(shù)據(jù)存儲(chǔ); 可用于測(cè)量( 0 ～ 2000) kPa 范圍內(nèi)壓力傳感器、變送器及壓力系統(tǒng)的校驗(yàn)。該儀表可方便地使用于需要校驗(yàn)、維修和開工前檢驗(yàn)等各種應(yīng)用場(chǎng)合。本文通過對(duì)DPI610 數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的檢定，找出引起測(cè)量結(jié)果不確定度的主要來(lái)源，并加以分析，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
1. 1 評(píng)定依據(jù)
JJG875 － 2005《數(shù)字壓力計(jì)檢定規(guī)程》。
JJF1059. 1 － 2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。
1. 2 測(cè)量模型
測(cè)量模型如下式所示:
ΔP = PS － PL
式中: ΔP—各檢定點(diǎn)的基本誤差值;
PS—各檢定點(diǎn)的實(shí)際輸出壓力值;
PL—各檢定點(diǎn)的理論輸出壓力值。
2 校準(zhǔn)方法
由上一級(jí)活塞式壓力計(jì)通過比較法直接對(duì)下一級(jí)數(shù)字壓力校驗(yàn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)采用2465 型高精度氣體活塞壓力計(jì)。由標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)壓力，對(duì)量程為( 0 ～ 2000) kPa 的DPI610 進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前應(yīng)調(diào)整活塞壓力計(jì)，盡量使其與便攜式壓力校驗(yàn)儀的受壓點(diǎn)在同一水平面上。當(dāng)兩者的受壓點(diǎn)不再同一水平面上時(shí)，因工作介質(zhì)高度差引起的檢定附加誤差應(yīng)不大于壓力計(jì)最大允許誤差的十分之一，否則，應(yīng)進(jìn)行附加誤差修正。示值檢定前應(yīng)做1 ～ 2 次升壓試驗(yàn)。檢定中升壓和降壓應(yīng)平穩(wěn)，避免有沖擊和過壓現(xiàn)象。在各檢定點(diǎn)上應(yīng)待壓力值穩(wěn)定后方可讀數(shù)，并做好記錄。在整個(gè)壓力量程范圍內(nèi)，均勻選取11 個(gè)等分點(diǎn)進(jìn)行5 次循環(huán)校準(zhǔn)。檢定環(huán)境條件:溫度: 21℃; 相對(duì)濕度: 55%; 大氣壓力: 101. 5kPa
3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定
3. 1 示值誤差重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1
( ΔPi
)
由示值重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如表1 所示。因此，標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
u1( ΔPi) =Σ ji = 1S2i( ΔPi)槡j = 0. 089kPa
3. 2 數(shù)字壓力校驗(yàn)儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2
( Pm)
由于DPI610 便攜式數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的分辨率為0. 1kPa，則由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下式所示:u2( Pm) = Ｒ /2槡3 = 0. 29Ｒ = 0. 29 × 0. 1 = 0. 029kPa
3. 3 標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3
( Ps
)
2465 型氣體活塞壓力計(jì)的不確定度為0. 0035%，在
檢定2000kPa 的DPI610 時(shí)，氣體活塞壓力計(jì)引入的標(biāo)準(zhǔn)
不確定度分量u3
( Ps
) 為:
u3
( Ps
) = α/2 = 2000 × 0. 0035% /2 = 0. 035kPa
4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
數(shù)字壓力校驗(yàn)儀示值誤差的測(cè)量模型如下式所示:
ΔP = PS － PL
其中，靈敏系數(shù)為:
( ΔP)
Pm
= 1，( ΔP)
PS
= － 1
由2465 高精度氣體活塞壓力計(jì)和DPI610 數(shù)字壓力
校驗(yàn)儀各自產(chǎn)生的不確定度分量是相互獨(dú)立的，根據(jù)不
確定度傳播定律，數(shù)字壓力計(jì)示值誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定
度如下式所示:
u2c
( ΔP) = u2 ( ΔPm
) + u2 ( ΔPS
)
= u21
( ΔPi
) + u22
( Pm
) + u23
槡 ( Ps )
= 槡( 0. 089) 2 + ( 0. 029) 2 + ( 0. 035) 2 = 0. 100kPa
5 擴(kuò)展不確定度
擴(kuò)展不確定度的評(píng)定方法:
按照包含因子k 給出擴(kuò)展不確定度U，按照標(biāo)準(zhǔn)不
確定度uc
( y) × 包含概率P 的因子kp
從而得到擴(kuò)展不
確定度Up。kp
與y 的分布有關(guān)。當(dāng)估計(jì)接近正態(tài)分布
時(shí)，k p
采用t 分布臨界值，kp = tp
( veff
) ，一般采取U95 = k95
uc
( y) 。因此，擴(kuò)展不確定度為:
U95 =kuc
( ΔP) =2 ×0. 100 =0. 200kPa( P =95%，k =2)
6 測(cè)量不確定度報(bào)告
便攜式壓力校驗(yàn)儀測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為
0. 200kPa ( k = 2) 。
7 結(jié)束語(yǔ)
便攜式壓力校驗(yàn)儀不僅彌補(bǔ)了常規(guī)檢定標(biāo)準(zhǔn)體積大、不便于攜帶等弊端，同時(shí)還使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及儀表校準(zhǔn)發(fā)生了革命性的變化，進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展過程中，還有幾個(gè)相關(guān)的問題需要予以重視和解決，即是現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀的溯源和校準(zhǔn)規(guī)范。后者包括現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀本身的校準(zhǔn)規(guī)范或檢定規(guī)程和使用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀對(duì)過程儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)必須遵守的校準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)于多功能多參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀，這兩個(gè)問題尤為重要，應(yīng)引起生產(chǎn)廠商和計(jì)量部門的重視，并予以更好的解決。
