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JJG (鐵道) 193—2017《機車車輛專用壓力表》計量檢定規(guī)程由國家鐵路局在2017年12月27日發(fā)布, 2018年6月27日開始實施。目前符合JJG (鐵道) 193—2017要求, 用于開展機車車輛專用壓力表檢定的計量標(biāo)準(zhǔn)器主要有數(shù)字壓力計、活塞式壓力計 (帶油氣隔離) 或氣體活塞壓力計, 以下針對使用2種不同結(jié)構(gòu)原理的標(biāo)準(zhǔn)器在檢定時評定測量結(jié)果的不確定度予以探討。

依據(jù)JJG (鐵道) 193—2017, 在環(huán)境溫度 (20±5) ℃、相對濕度不大于85%、恒溫2 h以上的條件下, 分別選用準(zhǔn)確度等級為0.05級、測量范圍為0～2.5 MPa的數(shù)字壓力計 (配氣壓源) 和準(zhǔn)確度等級為0.05級、測量范圍為0.1 MPa～6 MPa的活塞式壓力計 (工作介質(zhì)為氣體) 作標(biāo)準(zhǔn)器, 以1 000 kPa為檢定點, 采用直接比較法, 測量機車車輛專用壓力表。

被測壓力表的示值誤差計算公式如下。

式[1]中, Δp為被測壓力表的示值誤差, kPa;p被為被測壓力表示值, k Pa;p標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)器壓力值, kPa。

靈敏系數(shù)計算公式如下。

輸入量p被引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u (p被) 由被測壓力表的測量重復(fù)性引入, 可通過連續(xù)測量得到以下測量列:1 004 kPa, 1 004 k Pa, 1 004 kPa, 1 004 kPa, 1 004 k Pa, 1 004 kPa, 1 004 kPa, 1 004 k Pa, 1 004 kPa, 1 004 k Pa, 由此得到單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0。

出現(xiàn)此種情況是由于標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度等級較高, 檢定中讀數(shù)方式為估讀被檢表, 而被檢表分度值較大, 由估讀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量在重復(fù)性測量列中無法體現(xiàn), 故單獨計算由估讀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量作為u (p被) 。

分度值為20 kPa, 按照1/5估讀, 區(qū)間全寬為4 kPa, 則區(qū)間半寬為2 kPa, 按照均勻分布, 取包含因子于是,

p標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u (p標(biāo)) 可以按照B類不確定度評定, 需要分別計算使用數(shù)字壓力計作標(biāo)準(zhǔn)器輸入量p標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u數(shù) (p標(biāo)) , 以及使用活塞式壓力計作標(biāo)準(zhǔn)器輸入量p標(biāo)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u活 (p標(biāo)) 。

(1) 由數(shù)字壓力計準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u數(shù) (p標(biāo)1) 。數(shù)字壓力計示值誤差為引用誤差, 最大允許誤差為±1.25 kPa, 按照均勻分布, 取包含因子則

(2) 由數(shù)字壓力計穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u數(shù) (p標(biāo)2) 。數(shù)字壓力計相鄰2個檢定周期之間的示值變化量不得大于最大允許誤差的絕對值。最大允許誤差絕對值為1.25 kPa, 按照均勻分布, 取包含因子則

(3) 由數(shù)字壓力計讀數(shù)不穩(wěn)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u數(shù) (p標(biāo)3) 。數(shù)字壓力計讀數(shù)不穩(wěn)定, 取最大變量±1 kPa, 按照均勻分布, 取包含因子則

(4) 由數(shù)字壓力計感壓點與被檢壓力表安裝高度差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u數(shù) (p標(biāo)4) 。受數(shù)字壓力計感壓點與被檢壓力表安裝高度差影響所引起的壓力差計算公式如下。

式 (4) 中, Δp差1為受安裝高度差影響所引起的壓力差, kPa;ρ為工作介質(zhì)空氣的密度, 取1.2 kg/m3;g為重力加速度, 取9.806 65 m/s2;h為安裝高度差, 實際安裝高度差一般不超過±0.1 m。則

按照均勻分布, 取包含因子則

u數(shù) (p標(biāo)4) 可以忽略不計。

(5) 數(shù)字壓力計在較寬的溫度范圍內(nèi)具有溫度補償功能, 溫度補償范圍覆蓋 (20±5) ℃, 所以由溫度差引入的不確定度分量可以忽略不計。

(6) 由于u數(shù) (p標(biāo)1) 、u數(shù) (p標(biāo)2) 、u數(shù) (p標(biāo)3) 彼此獨立, 則

(1) 由活塞式壓力計準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u活 (p標(biāo)1) ?；钊綁毫τ嬍褂脴?biāo)稱值, 最大允許誤差為實測值的±0.05%, 按照均勻分布, 取包含因子對于被檢點1 000 k Pa, 最大允許誤差為±0.5 kPa, 則

(2) 由活塞式壓力計的使用溫度不同于其活塞有效面積檢定時的溫度而引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u活 (p標(biāo)2) 。受溫度影響所引起的壓力變化量計算公式如下。

式 (5) 中, Δp差2為由于溫度影響引起的壓力變化量, kPa;p0為檢定時壓力值, kPa;α, β分別為活塞桿和活塞筒的膨脹系數(shù), 1×10-5/℃ (鋼材質(zhì)的膨脹系數(shù)為1×10-5/℃, 碳化鎢材質(zhì)的膨脹系數(shù)為10-6/℃數(shù)量級) ;t, t0分別為檢定時溫度和參考溫度, ℃。其中, t0取20℃, t取25℃或15℃, 則

按照均勻分布, 取包含因子則

(3) 由活塞式壓力計下端面與被檢壓力表安裝高度差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u活 (p標(biāo)3) 。受安裝高度差影響所引起的壓力差計算公式參照公式 (4) , 則

按照均勻分布, 取包含因子則

u活 (p標(biāo)3) 可以忽略不計。

(4) 使用中活塞有效面積周期變化率為2年內(nèi)不大于0.015%, 引起的壓力變化量可忽略不計。

(5) 由于u活 (p標(biāo)1) 、u活 (p標(biāo)2) 彼此獨立, 則

如果使用數(shù)字壓力計作為標(biāo)準(zhǔn)器, 則

如果使用活塞式壓力計作為標(biāo)準(zhǔn)器, 則

如果使用數(shù)字壓力計作為標(biāo)準(zhǔn)器, 取k=2, 則擴展不確定度U數(shù)=kuc數(shù)≈3.3 kPa。

如果使用活塞式壓力計作為標(biāo)準(zhǔn)器, 取k=2, 則擴展不確定度U活=kuc活≈2.4 kPa。

JJG (鐵道) 193—2017規(guī)定常用點允許誤差為±10 kPa。經(jīng)評定, 使用數(shù)字壓力計和活塞式壓力計2種標(biāo)準(zhǔn)器檢定機車車輛專用壓力表時, 均滿足擴展不確定度小于最大允許誤差絕對值的1/3。