便攜式數字壓力校驗儀示值誤差測量不確定度評定

摘要: 便攜式壓力校驗儀是一種高精度的通用標準校驗儀器。它操作性強，適用于多種現場校驗。本文以DPI 型便攜式數字壓力校驗儀的測量不確定度為例，論述了壓力校驗儀的測量方法、誤差來源及其測量不確定度的評定，最后給出了一些相關建議。

1 概述
壓力儀表工作現場的環境條件與檢定實驗室的環境條件截然不同，有的現場工作條件惡劣，使用壓力現場校驗儀在生產和工作現場對壓力儀表、壓力傳感器及壓力測量控制系統進行校準的數據就能代表生產和工作現場真實運行的情況，減少和避免了環境及工作條件不同而引起的誤差，提高了測試準確度和工作效率。由于現場校準所使用的設備具有保證產品質量的作用，因此其測量準確度也應該得到保證，故需要對其進行不確定度評定。

本文以DPI 型便攜式壓力校驗儀為例，進行測量誤差的不確定度評定。DPI 型便攜式壓力校驗儀是英國Druck 公司研制的一款結構堅固、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、電源輸出和測量等功能，同時還可提供( 4 ～ 20) mA 回路測試和數據存儲; 可用于測量( 0 ～ 2000) kPa 范圍內壓力傳感器、變送器及壓力系統的校驗。該儀表可方便地使用于需要校驗、維修和開工前檢驗等各種應用場合。本文通過對DPI610 數字壓力校驗儀的檢定，找出引起測量結果不確定度的主要來源，并加以分析，保證測量結果的準確性。
1. 1 評定依據
JJG875 － 2005《數字壓力計檢定規程》。
JJF1059. 1 － 2012《測量不確定度評定與表示》。
1. 2 測量模型
測量模型如下式所示:
ΔP = PS － PL
式中: ΔP—各檢定點的基本誤差值;
PS—各檢定點的實際輸出壓力值;
PL—各檢定點的理論輸出壓力值。

2 校準方法
由上一級活塞式壓力計通過比較法直接對下一級數字壓力校驗儀進行校準。標準活塞壓力計采用2465 型高精度氣體活塞壓力計。由標準活塞壓力計產生標準壓力，對量程為( 0 ～ 2000) kPa 的DPI610 進行校準。校準前應調整活塞壓力計，盡量使其與便攜式壓力校驗儀的受壓點在同一水平面上。當兩者的受壓點不再同一水平面上時，因工作介質高度差引起的檢定附加誤差應不大于壓力計最大允許誤差的十分之一，否則，應進行附加誤差修正。示值檢定前應做1 ～ 2 次升壓試驗。檢定中升壓和降壓應平穩，避免有沖擊和過壓現象。在各檢定點上應待壓力值穩定后方可讀數，并做好記錄。在整個壓力量程范圍內，均勻選取11 個等分點進行5 次循環校準。檢定環境條件:溫度: 21℃; 相對濕度: 55%; 大氣壓力: 101. 5kPa

3 標準不確定度分量的評定
3. 1 示值誤差重復測量引入的標準不確定度分量u1
( ΔPi
)
由示值重復性引入的標準不確定度分量如表1 所示。因此，標準不確定度分量
u1( ΔPi) =Σ ji = 1S2i( ΔPi)槡j = 0. 089kPa
3. 2 數字壓力校驗儀引入的標準不確定度分量u2
( Pm)
由于DPI610 便攜式數字壓力校驗儀的分辨率為0. 1kPa，則由此引入的標準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 標準活塞壓力計引入的標準不確定度分量u3
( Ps
)
2465 型氣體活塞壓力計的不確定度為0. 0035%，在
檢定2000kPa 的DPI610 時，氣體活塞壓力計引入的標準
不確定度分量u3
( Ps
) 為:
u3
( Ps
) = α/2 = 2000 × 0. 0035% /2 = 0. 035kPa
4 合成標準不確定度的評定
數字壓力校驗儀示值誤差的測量模型如下式所示:
ΔP = PS － PL
其中，靈敏系數為:
��( ΔP)
�礟m
= 1，��( ΔP)
�礟S
= － 1
由2465 高精度氣體活塞壓力計和DPI610 數字壓力
校驗儀各自產生的不確定度分量是相互獨立的，根據不
確定度傳播定律，數字壓力計示值誤差合成標準不確定
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 擴展不確定度
擴展不確定度的評定方法:
按照包含因子k 給出擴展不確定度U，按照標準不
確定度uc
( y) × 包含概率P 的因子kp
從而得到擴展不
確定度Up。kp
與y 的分布有關。當估計接近正態分布
時，k p
采用t 分布臨界值，kp = tp
( veff
) ，一般采取U95 = k95
uc
( y) 。因此，擴展不確定度為:
U95 =kuc
( ΔP) =2 ×0. 100 =0. 200kPa( P =95%，k =2)
6 測量不確定度報告
便攜式壓力校驗儀測量結果擴展不確定度為
0. 200kPa ( k = 2) 。
 

7 結束語
便攜式壓力校驗儀不僅彌補了常規檢定標準體積大、不便于攜帶等弊端，同時還使得現場測量及儀表校準發生了革命性的變化，進一步推動了現場校準技術的發展。現場校準技術發展過程中，還有幾個相關的問題需要予以重視和解決，即是現場校準儀的溯源和校準規范。后者包括現場校準儀本身的校準規范或檢定規程和使用現場校準儀對過程儀表進行現場校準必須遵守的校準規范。對于多功能多參數的現場校準儀，這兩個問題尤為重要，應引起生產廠商和計量部門的重視，并予以更好的解決。