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精密壓力表誤差分析
Updated:2019-5-8 10:52:09 Browse:2016 Close window Print this page
 精密壓力表是應(yīng)用廣泛的壓力標(biāo)準(zhǔn)計量儀表之一,在使用過程中,尤其在建立計量標(biāo)準(zhǔn)時,經(jīng)常需要進(jìn)行誤差分析。本文就其各項誤差對測量總不確定度的影響進(jìn)行分析,并以 0.4 級精密壓力表為例計算總不確定度。精密壓力表的誤差來源,主要有儀器設(shè)備、人員、環(huán)境條件、使用方法等。
 
  1、儀器設(shè)備誤差
 
  (1)上級標(biāo)準(zhǔn)器的極限誤差。精密壓力表的量值是由二等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計傳遞的,其極限誤差為0.05%。以 δ1表示該項誤差,則有:δ1≤0.05%
 
  (2)精密壓力表的基本誤差。精密壓力表被檢定時的基本誤差包括:示值誤差、來回差和輕敲位移。
 
  示值誤差:理論上講該項誤差可以參照檢定證書上數(shù)據(jù)進(jìn)行部分修正,但是實際工作中幾乎沒有人進(jìn)行修正,所以仍應(yīng)將它視為一個不確定分量。以 δ21表示該項誤差,以△表示壓力表的允許誤差的絕對值,則有:
 
 
 
 
 
  2、人員誤差
 
  精密壓力表的人員誤差是指使用或檢定時讀數(shù)不確定所產(chǎn)生的誤差,一般以分度值的 1/10 估算。0.4 級壓力表最少分格數(shù)為 80 倍,對應(yīng)的估讀誤差為:
 
  3、環(huán)境誤差
 
  由于彈性元件的彈性系數(shù)與溫度有關(guān),精密壓力表的使用溫度和檢定溫度不同將造成溫度附加誤差。該項誤差不易修正,也應(yīng)作為一個不確定度分量。精密壓力表的使用溫度通常為 20±5℃,其溫度系數(shù)大于0.04%/ ℃,其最大溫度附加誤差為:
 
  4、方法誤差
 
  指壓力表的安裝姿態(tài)和安裝位置,對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響,但該項誤差可以通過正確的安裝和使用來消除,因此將方法誤差忽略不計(δ5=0)。
 
  5、精密壓力表的基本誤差
 
  以上七項誤差如果是相互獨立的,只要將它們分別換算為標(biāo)準(zhǔn)不確定度,再用均方根法就可以計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。但是,精密壓力表的示值誤差、來回差和輕敲位移是相關(guān)的,其取值相互約束,因此不能用來直接計算合成不確定度。以下分別討論三種最不利情況下三項誤差對總不確定的影響。
 
  (1)示值誤差達(dá)到最大正值,來回差為最大值時,若輕敲位移也取最大值,如圖 1 所示,在回程時輕敲位移只允許從下往上移動。此時壓力表示值的誤差分布范圍 - △/2~△,不確定度為 0.75△。
 
 
 
  (2)示值誤差達(dá)到最大負(fù)值,來回差為最大值時,若輕敲位移也取最大值,如圖 2 所示,在正行程時輕敲位移只允許從上往下移動。此時壓力表示值誤差的分布范圍為 - △~△/2,不確定度為 0.75△。
 
 
 
  (3) 示值誤差在行程時為 - △/2,在反行程時為△/2,來回差為最大值,此時輕敲位移可以在任意方向達(dá)到最大值。如圖 3 所示,此時壓力表示值的誤差分布范圍為 - △~△,不確定度為△。
 
 
 
  以上是精密壓力表不確定度能夠達(dá)到最大的三種極限情況,其中第三種不確定度最大,其值△。即:在示值誤差、來回差和輕敲位移的綜合作用下精密壓力表的不確定度不大于△,置信因子為 3。
 
  6、合成不確定度的計算
 
  由上級標(biāo)準(zhǔn)器引起的不確定度:U1=0.05%(k=3);由基本誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:U2=0.4%(k=3);由人員估讀誤差引起的不確定度:U3=0.12%(k=3);由環(huán)境溫度引起的不確定度:U4=0.2%(k=3)
 
  以上四項不確定度分量相互獨立,故合成不確定度為:
 
 
 
  精密壓力表的示值誤差、來回差和輕敲位移三個參數(shù)是相關(guān)的,因此不能用均方根法直接計算合成不確定度,而必須將三個量綜合考慮。對 0.4 級的精密壓力表,在 20±5℃條件下使用時,其不確定度為 0.47%(k=3),其它等級的壓力表可以用相同的方法計算。
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