压力表计量标准重复性、稳定性考核及测量不确定度评定

来源:用户上传      作者: 邓昌盛

　　摘 要 压力表在预制后张法预应力混凝土铁路梁张拉工序中使用频率很高，建立一个压力表计量标准对于预制梁场而言非常必要，而计量标准技术报告是建立计量标准的核心内容。本文论述了计量标准技术报告中计量标准稳定性、重复性考核及测量不确定度的评定。
　　关键词 张拉；压力表；计量标准；稳定性；重复性；测量不确定度
　　中图分类号 TH 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0216-02
　　
　　张拉是预制后张法预应力混凝土铁路桥梁生产的一个重要工序。依据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》规定，张拉用压力表若准确度等级为1.0级时需每周检定一次、若为0.4级时需每月检定一次，计量周期较短，计量工作量也比较大。计量测试时需要送检，送检费用较高且有的地方太远不方便。因此，建立一套简单实用的压力表计量标准能有效提高工作效率和保证量值传递准确可靠。本文以中铁十八局集团第一工程有限公司江夏纸坊制梁场压力表计量标准为例，论述计量标准重复性试验、稳定性考核及测量不确定度的评定。该梁场张拉用表仅有测量上限为60 MPa、准确度等级为0.4级一种，依据《弹簧管式精密压力表会和真空表》JJG49-1999中规定的标准器的允许误差绝对值不大于被检精密表允许误差绝对值的1/4，因此选择准确度等级为0.05级、测量上限为65 MPa的精密数字压力表作为标准器。
　　1 计量标准重复性试验
　　计量标准的重复性是指在相同的测量条件下，重复测量同一个被测量，计量标准提供相近示值的能力。在满足校准/检定的条件下，选用一只性能稳定、测量上限为60 MPa、分度值为0.5 MPa、准确度等级为0.4级的压力表，利用精密数字压力表对其60 MPa点进行10次重复测量，各次测量结果如表1所示。
　　利用贝塞尔公式计算标准偏差：
　　
　　式中：s―n次测量结果的标准差，即为计量标准重复性误差；
　　   xi―第i次的测量结果；
　　   x―n次测量结果的算术平均值。
　　2 计量标准稳定性考核
　　计量标准的稳定性是指计量标准保持其计量特性随时间恒定的能力。对于新建计量标准，每隔一段时间（大于1个月），用该计量标准对核查标准进行一组n次的重复测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。共观测m组（m≥4）。取m个测量结果中的最大值和最小值之差，作为新建计量标准在该段时间内的稳定性。本例中，在满足检定/校准的条件下，利用精密数字压力表装置对一只合格的、性能稳定的测量上限为60 MPa、分度值为0.5 MPa、精度等级为0.4级的压力表对其60 MPa点每隔一月进行10次测量，共进行如下4组测量，取各次测量的算术平均值，如表2所示。
　　由表中数据可得：△=xmax-xmin=60.03-60.01=0.02（MPa）
　　该标准装置的最大允许误差绝对值a=0.05%×65=0.0325（MPa）
　　△＜a，所以该标准装置的稳定性经考核合格。
　　3 计量标准测量不确定度评定
　　1）测量依据：JJG49―1999《弹簧管式精密压力表及真空表》检定规程。
　　2）环境条件：温度（20±3）℃，相对湿度≤85％，精密压力表在上述条件下静置2 h方可进行检定。
　　
　　3）测量标准：精密数字压力表，测量范围（0-65）MPa，允许误差：±0.05%。
　　4）被测对象：O.4级，测量上限为60 MPa的压力表。
　　5）测量方法：将0.05级的精密数字压力表与被检的0.4级的精密压力表安装在压力表校验器上，利用压力泵对其同时施加相同的压力，分别进行增压与降压一个循环的测量，在各相应测量点上将被检压力表与精密数字压力表的示值进行比较，得到被检压力表的示值。
　　6）测量不确定度来源分析。根据测量原理与测量过程分析，对测量结果产生影响的来源包括精密数字压力表引入的标准不确定度U1、重复测量引入的标准不确定度U2、环境温度引入的不确定度标准U3、估读引入的标准不确定度U4。
　　7）数学模型。
　　①建立数学模型。
　　P实=P标+δ重+δ温+δ估 （1）
　　式中：P实一被检压力表实际压力值；
　　   P标一精密数字压力表示值；
　　   δ重一重复性误差；
　　   δ温一因环境温度产生的误差；
　　   δ估一由于估读产生的误差。
　　②灵敏度。
　　对式（1）微分得灵敏系数：
　　
　　；；；
　　
　　8）不确定度分量评定。
　　①精密数字压力表的估计值认为服从均匀分布，其允许误差a=±0.05％×65=±0.0325 MPa，半宽为0.0325 MPa，取包含因子k=，则由精密数字压力表引入的标准不确定度采用测量不确定度B类评定有：
　　
　　 MPa
　　
　　②在相同的测量条件下对50 MPa点进行10次重复测量，得到测量结果见表3。
　　
　　则重复测量引入的标准不确定度采用测量不确定度A类评定有：
　　
　　U2=MPa
　　
　　③《弹簧管式精密压力表会和真空表》JJG49-1999中规定精密压力表读数估读到最小分度值的1/10，0.4级测量上限为60 MPa精密压力表，其估读误差为0.05 MPa，误差分布服从均匀分布，包含因子k=，则由估读引入的标准不确定度测量不确定度B类评定有：
　　U3= =0.02887 MPa
　　
　　④因检定温度在始终在检定环境温度（20±3）℃范围内，温度引起的标准不确定度分量U4可以忽略不计。
　　9）合成标准不确定度的评定。
　　因为各个输入量各不相关，则合成标准不确定度：
　　 MPa
　　10）扩展不确定度的评定。
　　被测压力表压力值的分布无法判断，故直接取包含因子k=2，则：扩展不确定度U=k×Uc=2×0.04157=0.08314 MPa。
　　综上所述，计量标准的测量不确定度U=0.08314 MPa，k=2。
　　4 结束语
　　压力表计量标准的建立对于一个桥梁预制场而言是非常必要的，正确考核与评定计量标准的重复性、稳定性及测量不确定度是计量标准建立过程中最重要的内容，是保证计量标准适用可靠的主要依据。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]国家质量技术监督局.JJG49-1999弹簧管式精密压力表和真空表检定规程[S].北京:中国计量出版社,2000.
　　[2]中华人民共和国铁道部.铁建设[2004]120号客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2004.
　　[3]袁宝.精密压力表标准装置测量不确定度评定[J].上海铁道科技,2009,1.
　　[4]全国计量标准计量检定人员考核委员会组编.JJF1033-2008《计量标准考核规范》实施指南[M].北京:中国计量出版社,2008.
　　[5]李南敏,尚选锋.0.4级弹簧管式精密压力表测量结果不确定度评定[J].计量与测试技术,2006,33(9).

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