空盒气压表示值检定的不确定度评定

张晓航

（上海质量监督检验技术研究院，上海 201112）

空盒气压表是用于测量大气压力的仪表。空盒气压表的检定方法依照JJG272-2007《空盒气压表和空盒气压计检定规程》。本文以一台型号为DYM3 型的空盒气压表为例，对其进行了示值检定的不确定度评定。通过对空盒气压表的不确定度评定，可以了解空盒气压表在计量检定过程中的各个影响因素，对其量值传递的准确性有重要意义。

1 测量方法和数学模型

1.1 被测对象和测量标准

选定一台型号为DYM3 型的空盒气压表作为研究对象，其测量范围为（800 ～1060）hPa.a，经温度系数检定后得到其温度系数为0.08hPa/℃。用一台0.01 级，测量范围为（100 ～1200）hPa.a 的数字式气压计进行示值检定。检定的环境温度为21.0℃，所使用的标准温度计在全量程的最大允许误差为±0.3℃。

1.2 示值检定的检定方法

空盒气压表在进行示值检定前，应先经温度系数检定。示值检定前，气压表温度须与室温达到平衡，且空盒气压表的示值应调整到经温度系数修正后与标准值相同，即

式（1）中：

p标——该温度下气压标准器标准值（经示值修正后），hPa。

p表——该温度下空盒气压表示值，hPa。

Kt——温度系数，hPa/℃。

t——标准温度计的温度值，℃。

选检定点时，1010hPa 是必检点，首次检定点的间隔为20hPa 或30hPa，检定行程的起点与终点应为空盒气压表的测量范围上下限；后续检定和使用中检验时可自行选点，在检定全程范围内不少于5 个检定点；每个检定点应稳定不少于5min，稳定后读取标准器和空盒气压表的气压值与标准温度计的温度值[1]。

1.3 示值检定的数学模型

式（2）中：

∆p——该气压检定点气压差值，hPa。

p标——该气压检定点经示值修正后的气压标准器标准值，hPa。

p表——该气压检定点被测仪表示值，hPa。

Kt——温度系数，hPa/℃。

t——标准温度计的温度值，℃。

ρ——传压介质的密度，kg/m3。

g——当地的重力加速度，m/s2。

∆h——高度差，m。

1.4 测量不确定度的评定方法

用GUM 法评定测量不确定度的一般流程为：①分析不确定度来源和建立测量模型；②评定标准不确定度；③计算合成标准不确定度；④确定扩展不确定度；⑤报告测量结果[2]。

2 不确定度来源

1）被测空盒气压表示值重复性引起的不确定度分量u1（p表）。

2）被测空盒气压表的分辨力引入的不确定度分量u2（p表）。。

3）标准数字式气压计由于环境温度变化引入的不确定度分量ut（p标）。

4）标准数字式气压计的允许误差所产生的不确定度分量u（p标）。

5）高度差引入的不确定度分量u(h)。

6）温度系数引入的不确定度分量u（Kt）。

7）标准温度计的温度值引入的不确定度分量u(t)。

3 不确定度的评定

1）被测空盒气压表示值重复性引起的不确定度分量u1（p表）

由示值重复性所引起的不确定度分量u1（p表）属于A类标准不确定度。将空盒气压表重复进行6 次示值检定，由于空盒气压表后续检定时可自行选点，故选取960hPa、990hPa、1010hPa、1030hPa、1050hPa 共5 个检定点。重复性测量结果的6 组数据见表1。

表1 空盒气压表重复性测量结果Table 1 Repeatability measurement results of empty barometer

则重复性引入的不确定度分量u1（p表）可用公式（3）求出：

式（3）中：

pi——压力测量点上被测空盒气压表的第i 个示值，hPa。

p——压力测量点上被测空盒气压表的示值平均值，hPa。

结果见表2。

表2 示值重复性引起的不确定度分量Table 2 Uncertainty components caused by repeatability of indications

不确定度类型：A 类；概率分布：正态分布。

2）被测空盒气压表的分辨力引入的不确定度分量u2（p表）

由于空盒气压表的示值估读到0.1hPa，半宽a=0.05hPa，分布类别为均匀分布，包含因子则此项不确定度分量为

不确定度类型：B 类；概率分布：均匀分布。

3）标准数字式气压计由于环境温度变化引入的不确定度分量ut（p标）

由于标准数字式气压计工作在其有效温度范围内，其温度影响已经包含在自身的最大允许误差内，故环境温度的影响可以忽略不计，即

不确定度类型：B 类；概率分布：均匀分布。

4）标准数字式气压计的允许误差所产生的不确定度分量u（p标）

由于标准数字式气压计的等级为0.01 级，其示值的最大允许误差Δ=±0.1hPa，半宽a=0.1hPa，分布类别为均匀分布，包含因子则此项不确定度分量为

不确定度类型：B 类；概率分布：均匀分布。

5）高度差引入的不确定度分量u(h)

测量中，当标准数字式气压计与被检空盒气压表的取压口不在同一水平面时，所形成的气柱高度差将会造成测量误差。标准数字气压计与被检空盒气压表的受压点之间有着0.02m 的高度差，高度差产生的测量误差在检定范围内服从均匀分布，则包含因子k=√3。检定中传压介质的密度可由公式（4）求出

式（4）中：

M——空气相对分子质量。

R——气体常数，R=8.314J·mol-1·K-1。

T——气体热力学温度，K，环境温度为21.0℃，则T=294.15K。

P——标准压力值，Pa。

则各检定点的高度差所引入的不确定度分量可用公式（5）求出

结果见表3。

表3 高度差所引入的不确定度分量Table 3 Uncertainty components introduced by height difference

不确定度类型：B 类；概率分布：均匀分布。

6）温度系数引入的不确定度分量u(Kt)

温度系数是指当温度改变1℃时，引起空盒气压表示值的改变量[3]。空盒气压表进行示值检定前应先经温度系数检定，得出其温度系数为0.08hPa/℃。经过对温度系数检定的不确定度评定，可以得到该台空盒气压表的温度系数测量结果扩展不确定度为UKt=0.03hPa/℃（k=2）[3,4]。扩展不确定度是标准不确定度与包含因子k的乘积所得，由此可得温度系数引入的标准不确定度为

由公式（2）可得，u(Kt)的灵敏系数为

不确定度类型：B 类；概率分布：正态分布。

7）标准温度计的温度值引入的不确定度分量u(t)

标准温度计的示值最大允许误差为Δ=±0.3℃，则半宽a=0.3hPa，分布为均匀分布，包含因子则此项不确定度分量为

由公式（2）可得，u(t)的灵敏系数为

不确定度类型：B 类；概率分布：均匀分布。

8）合成标准不确定度

合成标准不确定度可通过不确定度传播律计算得到，表4 为各项不确定度分量的汇总。

表4 不确定度分量汇总Table 4 Summary of uncertainty components

由于以上各量互不相关，故合成标准不确定度为

结果见表5。

表5 不确定度评定结果Table 5 Uncertainty evaluation results

9）扩展不确定度

取k=2，则扩展不确定度为U=2uc，则U=0.7hPa （k=2）。

4 结束语

本文阐述了依照JJG272-2007《空盒气压表和空盒气压计检定规程》的示值检定方法中各输入量的来源和影响。同时以一台空盒气压表为例，使用GUM 法给出其不确定度的评定方法，并通过计算得出了预期的结果。