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0.02级活塞式压力计测量不稳定?

文章出处:人气:0发表时间:2019-5-15 9:52:17

导读:0.02级活塞式压力计测量不稳定?.02级活塞式压力计作为检定静态压力的计量标准,其作为测量标准的不确定度评定尤为重要,本文根据工作原理建立数学模型,分析不确定度来源,给出测量标准的合成不确定度和扩展不确定度。 

  引言 

  活塞式压力计作为一种高效测压仪器,具有稳定性高,成本和维护费低等特点,主要用于计量检测机构、校准实验室以及生产或科学实验环节作为压力标准器。 

  1 概述 

  活塞式压力计是基于流体静力学平衡原理、帕斯卡定律测量压力的高精度压力测量仪器设备。主要由活塞组件、专用砝码和加载造压装置等组成。加放于活塞承重盘上的砝码及活塞本体的重力,作用在活塞筒内可以垂直升降、自由转动的活塞杆上,产生的压力与被测压力相平衡,就能精确测量被测压力。因工作介质不同(可为气体或液体),还可以有很宽的压力测量范围,广泛应用于小压力、中压力、高压力、甚至超高压力的测量。 

  2 不确定度评定 

  2.1 测量方法 

  将活塞式压力计与标准活塞式安装在校验器上,调节好活塞系统水平及其垂直度,根据流体静力学平衡原理及帕斯卡定律,用直接测量法进行压力测量,从而测得被检压力值。 

  2.2 数学模型: 

  式中:F-活塞及所加砝码在重力场中产生的力 

  A-活塞有效面积; 

  式中:m-专用砝码质量;g-重力加速度;-空气密度;-砝码密度;-流体的表面张力系数;C-活塞的周长;-活塞杆和活塞筒之间的摩擦力,表现为活塞的灵敏阈;-活塞组件在零压和20℃下的有效面积;、-活塞杆和活塞筒的线性膨胀系数;t-活塞组件温度;P-工作压力; 

  实际使用活塞式压力计精密测量压力时,还须考虑其它因素的影响量。如压力测量取压点至活塞下端面的距离h引入的液(气)柱差修正项,当测量点高出活塞低端时h为负,反之为正,为测压介质密度;测量绝压时,还须引入真空罩中参考真空(当测量表压时为零),故要求较高的情况下活塞式压力计测量压力表达式如下式: (5) 

  2.3 不确定度的来源 

  2.3.1 专用砝码质量引入的不确定度分量; 

  2.3.2 重力加速度引入的不确定度分量; 

  2.3.3 空气密度引入的不确定度分量; 

  2.3.4 标准器引入的不确定度分量; 

  2.3.5 活塞组件温度引入的不确定度分量; 

  2.3.6 活塞轴线与重力方向的夹角引入的不确定度分量; 

  2.3.7 压力形变系数引入的不确定度分量; 

  2.3.8 液柱差测量误差引入的不确定度分量; 

  2.4 测量不确定度评定 

  以量程为(0~0.6)MPa活塞式压力计为例,各输入量及灵敏系数见表1: 

  2.4.1 专用砝码质量引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计专用砝码质量的最大允许误差为±0.008%,服从均匀分布,则不确定度为 

  2.4.2 重力加速度引入的不确定度 

  重力加速度可以通过直接测量得到,南京重力加速度为9.7949m/s2,重力加速度最大允许误差为0.00005m/s2,服从均匀分布,则: 

  由压力对重力加速度的灵敏系数为:0.1s2/m,可得重力加速度引入不确定度为: 

  2.4.3 空气密度引入的不确定度 

  对于低海拔地区,空气密度取1.2kg/m3,一般空气密度变化在,服从均匀分布,则空气密度不确定度为: 

  压力对空气密度的灵敏系数为: 

  则由空气密度引入的不确定度为: 

  2.4.4 标准器引入的不确定度 

  由活塞式压力计检定规程可知,0.02级标准活塞式压力计有效面积最大允许误差可认为是正态分布则: 

  压力对有效面积的灵敏系数为: 

  2.4.5 活塞组件温度引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计活塞温度变化范围为1℃,服从均匀分布,则温度t的不确定度为: 

  碳化钨线性温度膨胀系数为,活塞与活塞筒材料均为碳化钨,则压力对温度的灵敏系数为,则活塞组件温度引入的不确定度为: 

  2.4.6 活塞轴线与重力方向的夹角引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计活塞轴线偏离垂直方向角度应小于2分,服从均匀分布,则不确定度为: 

  压力对活塞轴线偏离垂直方向夹角灵敏系数为:。 

  则活塞轴线与重力方向的夹角θ引入的不确定度为: 

  2.4.7 压力形变系数引入的不确定度 

  碳化钨活塞压力形变系数为,服从均匀分布,则不确定度为。 

  活塞压力计测量上限为0.6MPa,则由压力形变系数引入的不确定度为: 

  2.4.8 液柱差引入的不?_定度 

  液柱差的影响以小量程液体活塞压力计最为明显,测量上限为0.6MPa活塞式压力计一般确定活塞位置差不确定度可达2mm,服从均匀分布,则不确定度为: 

  由0.6MPa活塞式压力计工作压力下限不大于0.04MPa,压力对液柱差的灵敏系数为:。 

  则由液柱差引入的不确定度为 

  2.5 标准不确定度一览表 

  2.6 合成标准不确定度 

  以上各分量互不相关,在不确定度合成中贡献小于1/10,忽略不计,则: 

  (22) 

  2.7 扩展不确定度评定 

  取包含因子k=2,则扩展不确定度为 

  结论 

  0.02级活塞式压力计一般作为区域计量单位的最高标准,起着量值溯源和传递的作用。其不确定度评定过程较为复杂,不确定度来源需考虑齐全,计算时应注意量纲、单位制的统一,以保证评定数据准确可靠。对于其它量程0.02级活塞式活塞式压力计的不确定度评定可参考本方法。 

0.02级活塞式压力计测量不稳定?

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