压力表测量不确定度评定及检定调压速率研究

1 前言

在当前各子公司，尤其是电力企业压力仪表检定业务量迅猛攀升的背景下，本人在日常检测工作中观察到，压力仪表检定的精确性对于生产现场的安全标准和成本管理具有重要影响。因此，如何在日常仪表检测过程中尽可能地降低测量误差，以提升生产效率，成为了研究的焦点。此外，对测量结果不确定度的准确分析与评估显得尤为关键。

2 测量误差来源与不确定度评定

传统的检测方法不仅受到操作人员工作状态的影响，导致对指示值的随机偏差，同时在采用手动压力施加装置进行检定时，由于压力到达目标值与液晶表指针显示之间存在机械传动滞后，实际施加的压力常会引起微小变化，从而引入系统性测量误差。此外，压力表内部弹簧管的充分变形需要一定时间，也会导致测量过程中的系统误差。测量中的不确定度体现为测量值的散布程度，它通过对整个测量过程的分析和评估得出一个误差区间。在实际操作中，由于部分环节难以实现精确测量以及认识上的不足，导致每次测量结果具有一定的随机性，表现为一定概率下的值分布于某一范围之内。

2.1 不确定度的来源

在实施手动校准压力计的操作中，鉴于计量院能够提供恒定的室内温控环境，故本研究排除了由温度波动导致的不确定度贡献。此外，手动校准设备两端接口平行度良好，且被校准的压力计与标准压力计的安装高度误差相互抵消，因此安装高度的不确定度贡献亦可视作微不足道。

2.2 不确定度评定方法

依据中心极限定理的基本原理，表示指南法（GUM）采用正态分布假设对测量结果进行建模。该方法将测量分量模型分解为多个线性分量模型的叠加形式，并运用不确定度传递率原理，最终推导出被测量值的合成标准不确定度。

2.3 被检表压力示值多次重复性测量

在压力测量过程中，所引入的测量不确定度中的不确定度分量主要源于检表压力示值的多次重复测量所导致的误差，此类误差被归类为 A 类标准不确定度。在环境湿度不超过 85% 、温度控制在 20±3^∘C 范围内的实验条件下，选用精度等级为 0.4 级，量程为 0 至 2.5 兆帕，最小分度值为 0.02兆帕的 Yb-150 型精密压力表。通过人工操作压力表校准装置模拟标准压力，在统一的环境条件下，从同一批次的五块待检表中抽取，分别在 1.5兆帕的校准点压力条件下，进行了正反两个方向的循环测量，各测量重复两次，以确保数据的准确性和重复性。

2.4 目视估读被检表示值引入的不确定度分量

在将压力调整至设定检定点后，对检测仪器的示值进行人工估计，并对估计结果的误差区间进行评估。考虑检测仪表的最小刻度单位为0.02MPa ，依据不确定性评估规范，压力读数应按照最小刻度单位的十分之一进行估计，因此估计误差不应超过 _±0.002MPa ，半宽度为 0.002MPa ，且

误差分布遵循均匀分布原则。

2.5 示值平均值数据修约引入的不确定度分量

鉴于采用0.4 级精度等级、量程为 1.6MPa 的高精度压力计，其最小刻度值为 0.02MPa ，压力示值的平均数应依据估算原则经过四舍五入，调整至最小刻度值的十分之一，即 0.002MPa 。根据半区间宽度计算，其值为0.02MPa 除以20，等于 0.001MPa ，在进行修约时，取偏大一侧的均值作为最终数据，从而确保测量结果的合理性与精确度。

2.6 轻敲指针位移引入的不确定度分量

测试通道采用的精确压力计型号为 0.4 级，量程为 2.5MPa ，校验时最大微调指针偏移量为 0.02MPa ，符合均匀分布要求。

3 升降压速率实验

实验结果表明，若压力调整过程中过快地实现升降，容易引发压力超调现象，进而显著增加被测设备不合格的概率。为了确保检定的客观性与符合相关标准要求，测量过程中在施加至待检点压力后，需等待3 至5 秒，使弹簧管指示值稳定后方可记录数据。在本研究中，重点分析手动压力装置在施压力过程中，各检定点之间的升降压力速率规律，利用时间-压力数据详细刻画粗调与细调的变化特性。以一只符合0.4 等级、量程2.5 的指针式压力表为例，操作按照规程由检定人员逐个对多个相同规格的仪器进行充压和读数，随后与数显标准值进行对比，并将测得的数据显示结果记录下来。为了进一步保证数据的准确性，采用视频录制检定全过程，后续通过逐帧慢放视频，将每一秒内的测试时间与压力值同步记录。利用粗调与细调所用时间参数，计算每个阶段的压力变化率，从而提取调节速率指标。在实验操作中，依据标准规定，压力调整不得回退，手动调压时通常先快速调节至接近目标压力，再用细调旋钮缓慢调节至设定值。所有数据采集都遵循规范操作流程，若在操作过程中出现超调，相关数据则予以剔除，实验需重新重复进行以确保数据的可靠性与一致性。为实现压力变化速率的定量测量，本文选取粗调最大压力变化速率与细调最大压力变化速率作为关键指标，反映压力变化的动态特性。然而，调节速率仍能满足在低于预设速率条件下的压力控制要求，从而确保整个检测过程的合格性。

4 结语

本研究基于测量不确定度评定指南方法，系统分析了各不确定度分量对测量结果的影响程度。针对传统手动压力表检定过程，开展了示值误差测量不确定度评估，确定了被测表误差值的置信区间，为检定结果的准确性评估提供了量化依据。实验通过控制升压和降压速率，确定了最优检定点压力调节速度，在满足规程要求的前提下显著提升了检定效率，同时为工业气压源的自动控制优化提供了实验数据支持。

参考文献：

[1] 弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表：JJG 52—2013[S].

[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012[S].