0 引言
压力计量在工业生产方面非常重要,尤其体现在化工、石油、发电等部门。压力值的大小与温度、流量一样,是工业生产自动化中不可缺少的控制参数,其测量准确与否可能直接影响企业的经济效益和能源的利用率。在农业生产、国防建设以及科研等方面,都可能涉及到压力测量参数,遇到压力计量问题。
我国压力计量起步于20世纪50年代,并于60年代建立了压力基准和工作基准。为了压力量值的正确传递,我国在七个大区建立了活塞式压力计工作基准即0.005级活塞式压力计标准装置,用以在全国广泛、准确地开展量值传递。
为考察活塞式压力计活塞有效面积在不同大区检测机构之间测量结果的一致性,客观、公正、科学地反映目前我国各大区计量中心开展0.02级活塞式压力计活塞有效面积量值传递的现状,由华南国家计量测量中心组织,广东省计量科学研究院作为主导实验室,在全国各大区中心之间开展了0.02级活塞压力计活塞有效面积量值比对工作。
1 比对路线安排
本次比对项目的样品传递方式采取花瓣式传递,即比对样品传递3家实验室后,再回到主导实验室进行稳定性试验。每个实验室在10个工作日内完成所有比对试验,并将传递标准传递至下一个参加实验室。为考察传递标准稳定性,主导实验室在整个比对过程的前期、中期以及后期共进行三次试验。主导实验室的测量结果采用前期比对数据。
2 传递标准
本次比对任务主要是通过对压力量值传递标准的测量,给出测量结果,以考核参加比对工作的实验室的综合能力是否达到计量量值传递要求。传递标准具体参数见表1。
表1 压力量值传递标准参数
传递标准活塞式压力计是纯机械结构,由碳化钨、不锈钢和铝等材料组成,且零部件都是分开放置运输的,若非有重大外力作用,其运输性能等其他指标较少受外部因素影响。在整个比对样品的传递过程中,无任何异常情况上报,在比对过程的前期、中期及后期经主导实验室检查,其外包装箱完好,活塞本身外观也无异常,无跌落或磕碰迹象。
根据比对实施细则,主导实验室在整个比对过程的前期、中期和后期共进行三次测量,得到三个测量结果,具体数据见表2。传递标准在比对期间的稳定性对测量结果的影响由表示,取三次测量结果中最大值与最小值的差值,参考值不确定度用表示。若则传递标准稳定性满足要求;否则将重新进行比对试验。
表2 压力量比对项目传递标准三次测量数据
传递标准稳定性= 0.500633-0.500632=0.000001cm2,中国计量院确定的参考值不确定度=0.000012cm2(k=2)。
本次比对传递中,满足标准的稳定性要求。
3 参考值
参考值由国家计量基准给出。因各参加比对的实验室都采用0.005级活塞式压力计标准装置参加本次比对,且其量值都是由国家基准传递而来,因此,在全部参加比对的实验室完成实验后,将传递标准送中国计量院,由国家基准对传递标准直接传递,得到的活塞有效面积即作为参考值。参考值不确定度由中国计量院在使用国家基准直接传递参考标准时提供。
传递标准经中国计量院校准后,根据返回的证书数据可知,本次比对活塞有效面积的参考值=0.500635cm2,参考值相对不确定度为2.3×10-5(k=2),则参考值绝对不确定度=0.000012cm2(k=2)。
4 比对结果
依据JJF 1117—2010《计量比对》,用归一化偏差值评价每一参加比对实验室所给出的测量结果。
其中:—第i个实验室测量结果的标准不确定度;
—参考值的标准不确定度;
—传递标准在比对期间的稳定性对测量结果的影响。
经过计算,得到各参加比对的实验室的评价值见表3。
表3 压力量值比对结果汇总
5 比对结果分析及建议
本次比对中,所有实验室的测量结果与参考值之差均在预期的合理范围内,所有参加实验室的比对结果均为满意。但在比对中也发现了一些问题,汇总如下:
5.1 鉴别力的问题
计量结果的不确定度评定过程中,对鉴别力这一指标出现了灵敏阈、鉴别力等多种表述,建议各实验室按规程统一称为鉴别力。
按理论计算来说,该0.02级、标称有效面积为0.5cm2的活塞压力计的鉴别力,最大应不超过能产生相当于最大允许误差10%压力的砝码质量值,即0.6g,但实际上,各实验室评定不确定度时鉴别力的大小有较大差异,从小到大分别为0.01g、0.02g、0.05g、0.1g、0.23g和0.29g。这可能是大家对鉴别力的认识、测量方法、具体操作细节等不一致造成,需要进一步加强交流和研究。
5.2 计算的疏漏
分析可知,被测标准活塞有效面积引入的不确定度分量对最终的合成扩展不确定度影响最大,在评定过程中,有个别实验室在评定标准活塞有效面积产生不确定度分量的过程中存在计算疏漏,致使最终不确定度的计算结果略偏大或略偏小。
5.3 活塞系统温度测量的问题
经讨论,本次比对实施细则制定过程中,简化活塞系统热膨胀系数对最终测量结果及其不确定度存在影响。因为目前没有直接测量活塞杆及套筒温度的手段,所以只能以实验室环境温度作为活塞杆的温度,但实际上两者存在一定差别。建议有能力的实验室开展活塞系统温度的准确测量和活塞系统热膨胀系数方面的研究。
建议今后各实验室继续加强活塞压力计检定人员的业务培训,提高其检定操作熟练程度;进一步加强各省份计量院所特别是各大区计量测试中心间的相互联系和交流,定期开展省(区、市)计量院所标准装置的比对,进一步提高测量水平。