導(dǎo)讀：0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)測(cè)量不確定度的評(píng)定。0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)作為檢定靜態(tài)壓力的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，其作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度評(píng)定尤為重要，本文根據(jù)工作原理建立數(shù)學(xué)模型，分析不確定度來(lái)源，給出測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。 

　　活塞式壓力計(jì)作為一種高效測(cè)壓儀器，具有穩(wěn)定性高，成本和維護(hù)費(fèi)低等特點(diǎn)，主要用于計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)、校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室以及生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為壓力標(biāo)準(zhǔn)器。 

　　1 概述 

　　活塞式壓力計(jì)是基于流體靜力學(xué)平衡原理、帕斯卡定律測(cè)量壓力的高精度壓力測(cè)量?jī)x器設(shè)備。主要由活塞組件、專用砝碼和加載造壓裝置等組成。加放于活塞承重盤(pán)上的砝碼及活塞本體的重力，作用在活塞筒內(nèi)可以垂直升降、自由轉(zhuǎn)動(dòng)的活塞桿上，產(chǎn)生的壓力與被測(cè)壓力相平衡，就能精確測(cè)量被測(cè)壓力。因工作介質(zhì)不同（可為氣體或液體），還可以有很寬的壓力測(cè)量范圍，廣泛應(yīng)用于小壓力、中壓力、高壓力、甚至超高壓力的測(cè)量。 

　　2 不確定度評(píng)定 

　　2.1 測(cè)量方法 

　　將活塞式壓力計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)活塞式安裝在校驗(yàn)器上，調(diào)節(jié)好活塞系統(tǒng)水平及其垂直度，根據(jù)流體靜力學(xué)平衡原理及帕斯卡定律，用直接測(cè)量法進(jìn)行壓力測(cè)量，從而測(cè)得被檢壓力值。 

　　2.2 數(shù)學(xué)模型： 

　　式中：F-活塞及所加砝碼在重力場(chǎng)中產(chǎn)生的力 

　　A-活塞有效面積； 

　　式中：m-專用砝碼質(zhì)量；g-重力加速度；-空氣密度；-砝碼密度；-流體的表面張力系數(shù)；C-活塞的周長(zhǎng)；-活塞桿和活塞筒之間的摩擦力，表現(xiàn)為活塞的靈敏閾；-活塞組件在零壓和20℃下的有效面積；、-活塞桿和活塞筒的線性膨脹系數(shù)；t-活塞組件溫度；P-工作壓力； 

　　實(shí)際使用活塞式壓力計(jì)精密測(cè)量壓力時(shí)，還須考慮其它因素的影響量。如壓力測(cè)量取壓點(diǎn)至活塞下端面的距離h引入的液（氣）柱差修正項(xiàng)，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)高出活塞低端時(shí)h為負(fù)，反之為正，為測(cè)壓介質(zhì)密度；測(cè)量絕壓時(shí)，還須引入真空罩中參考真空（當(dāng)測(cè)量表壓時(shí)為零），故要求較高的情況下活塞式壓力計(jì)測(cè)量壓力表達(dá)式如下式： （5） 

　　2.3 不確定度的來(lái)源 

　　2.3.1 專用砝碼質(zhì)量引入的不確定度分量； 

　　2.3.2 重力加速度引入的不確定度分量； 

　　2.3.3 空氣密度引入的不確定度分量； 

　　2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量； 

　　2.3.5 活塞組件溫度引入的不確定度分量； 

　　2.3.6 活塞軸線與重力方向的夾角引入的不確定度分量； 

　　2.3.7 壓力形變系數(shù)引入的不確定度分量； 

　　2.3.8 液柱差測(cè)量誤差引入的不確定度分量； 

　　2.4 測(cè)量不確定度評(píng)定 

　　以量程為（0～0.6）MPa活塞式壓力計(jì)為例，各輸入量及靈敏系數(shù)見(jiàn)表1： 

　　2.4.1 專用砝碼質(zhì)量引入的不確定度 

　　依據(jù)規(guī)程，0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)專用砝碼質(zhì)量的最大允許誤差為±0.008%，服從均勻分布，則不確定度為 

　　2.4.2 重力加速度引入的不確定度 

　　重力加速度可以通過(guò)直接測(cè)量得到，南京重力加速度為9.7949m/s2，重力加速度最大允許誤差為0.00005m/s2，服從均勻分布，則： 

　　由壓力對(duì)重力加速度的靈敏系數(shù)為：0.1s2/m，可得重力加速度引入不確定度為： 

　　2.4.3 空氣密度引入的不確定度 

　　對(duì)于低海拔地區(qū)，空氣密度取1.2kg/m3，一般空氣密度變化在，服從均勻分布，則空氣密度不確定度為： 

　　壓力對(duì)空氣密度的靈敏系數(shù)為： 

　　則由空氣密度引入的不確定度為： 

　　2.4.4 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度 

　　由活塞式壓力計(jì)檢定規(guī)程可知，0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)有效面積最大允許誤差可認(rèn)為是正態(tài)分布則： 

　　壓力對(duì)有效面積的靈敏系數(shù)為： 

　　2.4.5 活塞組件溫度引入的不確定度 

　　依據(jù)規(guī)程，0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)活塞溫度變化范圍為1℃，服從均勻分布，則溫度t的不確定度為： 

　　碳化鎢線性溫度膨脹系數(shù)為，活塞與活塞筒材料均為碳化鎢，則壓力對(duì)溫度的靈敏系數(shù)為，則活塞組件溫度引入的不確定度為： 

　　2.4.6 活塞軸線與重力方向的夾角引入的不確定度 

　　依據(jù)規(guī)程，0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)活塞軸線偏離垂直方向角度應(yīng)小于2分，服從均勻分布，則不確定度為： 

　　壓力對(duì)活塞軸線偏離垂直方向夾角靈敏系數(shù)為：。 

　　則活塞軸線與重力方向的夾角θ引入的不確定度為： 

　　2.4.7 壓力形變系數(shù)引入的不確定度 

　　碳化鎢活塞壓力形變系數(shù)為，服從均勻分布，則不確定度為。 

　　活塞壓力計(jì)測(cè)量上限為0.6MPa，則由壓力形變系數(shù)引入的不確定度為： 

　　2.4.8 液柱差引入的不?_定度 

　　液柱差的影響以小量程液體活塞壓力計(jì)最為明顯，測(cè)量上限為0.6MPa活塞式壓力計(jì)一般確定活塞位置差不確定度可達(dá)2mm，服從均勻分布，則不確定度為： 

　　由0.6MPa活塞式壓力計(jì)工作壓力下限不大于0.04MPa，壓力對(duì)液柱差的靈敏系數(shù)為：。 

　　則由液柱差引入的不確定度為 

　　2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表 

　　2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 

　　以上各分量互不相關(guān)，在不確定度合成中貢獻(xiàn)小于1/10，忽略不計(jì)，則： 

　　（22） 

　　2.7 擴(kuò)展不確定度評(píng)定 

　　取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為 

　　結(jié)論 

　　0.02級(jí)活塞式壓力計(jì)一般作為區(qū)域計(jì)量單位的最高標(biāo)準(zhǔn)，起著量值溯源和傳遞的作用。其不確定度評(píng)定過(guò)程較為復(fù)雜，不確定度來(lái)源需考慮齊全，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意量綱、單位制的統(tǒng)一，以保證評(píng)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。對(duì)于其它量程0.02級(jí)活塞式活塞式壓力計(jì)的不確定度評(píng)定可參考本方法。 

YS600活塞式壓力計(jì)

一、用途

    0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)（以下簡(jiǎn)稱壓力計(jì)）、用于檢驗(yàn)0.2級(jí)活塞式壓力計(jì)及精密壓力表,

二、工作原理與基本結(jié)構(gòu)

 壓力計(jì)的工作原理基于活塞本身重量和加在活塞上的專用砝碼重量，作用在活塞面積上所產(chǎn)生的壓力與液壓容器內(nèi)產(chǎn)生的壓力相平衡。

    壓力計(jì)系由檢驗(yàn)泵和測(cè)量系統(tǒng)兩部分組成。見(jiàn)圖：

    檢驗(yàn)泵部分包括手搖泵（11）、油杯（9）及兩個(gè)閥（6）和（7）。在閥（6）和（7）上裝有兩端鎖母，用以連接被檢驗(yàn)的精密壓力表。測(cè)量系統(tǒng)主要由一個(gè)經(jīng)過(guò)精密研磨后具有精確截面的活塞，活塞直接承受底盤(pán)上的砝碼重量。

三、技術(shù)數(shù)據(jù)

表1

精確度等級(jí)

 基本誤差限 

壓力值在測(cè)量范圍下限以下時(shí)

 壓力值在測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)

0.05

 測(cè)量范圍下限的±0.05%

 實(shí)際測(cè)量壓力值的±0.05%

     YS-250、600活塞式壓力計(jì)的承重桿（包括活塞頭部）浸入工作液體浮力為5.6g.

     YS-6活塞式壓力計(jì)，活塞底部與被校表中心液柱差H，表殼外徑為φ150㎜，H=109㎜;表殼外徑φ160㎜，H=119㎜,表殼外徑φ250㎜，H=169㎜，其修正公式△P=Hγ，式中△P為液柱差產(chǎn)生的壓力，γ=0.88g/cm3為變壓器油的比重。

1、砝碼   2、指標(biāo)板   3、底座   4、調(diào)整螺釘   5、連接管部件 

   6、7、8閥 9、油杯  10、水平儀 11、手搖泵   12、手輪   13、測(cè)量系統(tǒng)

四、驗(yàn)收與保管

1、用戶收到裝箱壓力計(jì),應(yīng)先檢查壓力計(jì)包裝是否完整；如有損傷,應(yīng)即查明原因。

2、開(kāi)箱后拆除襯墊物，檢查壓力計(jì)外觀是否完好，說(shuō)明書(shū)、合格證是否齊全，如有缺損，應(yīng)即通知我廠。

3、壓力計(jì)應(yīng)貯藏在室內(nèi)，其環(huán)境溫度應(yīng)為+5~35℃。相對(duì)濕度不大于80%；周圍空氣不應(yīng)含有腐蝕壓力計(jì)的有害雜質(zhì)。

五、安裝與使用

1、壓力計(jì)應(yīng)放在便于操作的工作臺(tái)上，利用調(diào)整螺釘（4）來(lái)校準(zhǔn)水平，必須使氣泡水平儀的氣泡位于中間位置。

2、壓力計(jì)的工作環(huán)境溫度20±2℃，周圍空氣不得含有腐蝕性氣體。

3、砝碼應(yīng)放在干燥地點(diǎn)。

4、使用前，首先用油清洗壓力計(jì)各部分，然后在手搖泵和測(cè)量系統(tǒng)的內(nèi)腔注滿傳壓價(jià)質(zhì)（傳壓價(jià)質(zhì)不允許混有雜質(zhì)和污物），并將內(nèi)腔中的空氣排除。

5、旋轉(zhuǎn)手搖泵手輪，檢查油路是暢通：若無(wú)問(wèn)題，即可裝上被檢精密壓力表。

6、操作步驟：

（1）打開(kāi)油杯（9），左旋手輪，使手搖泵的汽缸充滿油液。

（2）關(guān)閉油杯（9），打開(kāi)（6）（7）（8）三個(gè)閥，右旋手輪，產(chǎn)生初壓，使底盤(pán)升起，到與指示板的上端相齊為止。見(jiàn)圖

（型號(hào)YS-6到活塞桿上的刻線與紅漆線相重合為止。）

（3）增加砝碼重量，使之產(chǎn)生所需之檢驗(yàn)壓力。增加砝碼時(shí)，應(yīng)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，以免底盤(pán)下降；操作時(shí)，必須使底盤(pán)及砝碼以不小于30轉(zhuǎn)/分的初角速度按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，借以克服摩擦阻力的影響。

（4）檢查完畢，左旋手輪，逐步卸去砝碼；zui后打開(kāi)油杯，卸去全部砝碼。

六、維護(hù)與修理

    1、壓力計(jì)除活塞桿和活塞筒是精密零件，不得輕易拆卸外，其他各部分應(yīng)定期清洗。清洗及安裝時(shí)都必須謹(jǐn)慎小心，防止臟物或擦布纖維混入。

    2、油液必須過(guò)濾，不許混有雜物臟物；經(jīng)使用一定時(shí)間后，必須更換新油。

    3、不用時(shí)必須蓋上防塵罩，以免塵埃進(jìn)入壓力計(jì)內(nèi)。

    4、每使用一年，必須送計(jì)量機(jī)關(guān)重新檢定。

    5、壓力計(jì)帶有附件5個(gè)皮碗，當(dāng)手搖泵口有泄露時(shí)，將壓緊螺母松