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JJG (鐵道) 193—2017《機(jī)車車輛專用壓力表》計(jì)量檢定規(guī)程由國(guó)家鐵路局在2017年12月27日發(fā)布, 2018年6月27日開始實(shí)施。目前符合JJG (鐵道) 193—2017要求, 用于開展機(jī)車車輛專用壓力表檢定的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器主要有數(shù)字壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì) (帶油氣隔離) 或氣體活塞壓力計(jì), 以下針對(duì)使用2種不同結(jié)構(gòu)原理的標(biāo)準(zhǔn)器在檢定時(shí)評(píng)定測(cè)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(duì)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(jí)為0.05級(jí)、測(cè)量范圍為0～2.5 MPa的數(shù)字壓力計(jì) (配氣壓源) 和準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)、測(cè)量范圍為0.1 MPa～6 MPa的活塞式壓力計(jì) (工作介質(zhì)為氣體) 作標(biāo)準(zhǔn)器, 以1 000 kPa為檢定點(diǎn), 采用直接比較法, 測(cè)量機(jī)車車輛專用壓力表。

被測(cè)壓力表的示值誤差計(jì)算公式如下。

式[1]中, Δp為被測(cè)壓力表的示值誤差, kPa;p被為被測(cè)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(jì)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(cè)壓力表的測(cè)量重復(fù)性引入, 可通過連續(xù)測(cè)量得到以下測(cè)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(yàn)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(jí)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(cè)量列中無法體現(xiàn), 故單獨(dú)計(jì)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(píng)定, 需要分別計(jì)算使用數(shù)字壓力計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)相鄰2個(gè)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(duì)值。最大允許誤差絕對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)感壓點(diǎn)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(jì)感壓點(diǎn)與被檢壓力表安裝高度差影響所引起的壓力差計(jì)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(shí)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(jì)。

(5) 數(shù)字壓力計(jì)在較寬的溫度范圍內(nèi)具有溫度補(bǔ)償功能, 溫度補(bǔ)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(jì)。

(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(dú)立, 則

(1) 由活塞式壓力計(jì)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?jì)使用標(biāo)稱值, 最大允許誤差為實(shí)測(cè)值的±0.05%, 按照均勻分布, 取包含因子對(duì)于被檢點(diǎn)1 000 k Pa, 最大允許誤差為±0.5 kPa, 則

(2) 由活塞式壓力計(jì)的使用溫度不同于其活塞有效面積檢定時(shí)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(jì)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(shí)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(jí)) ;t, t0分別為檢定時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)。

(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(jì)。

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

如果使用數(shù)字壓力計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器, 則

如果使用活塞式壓力計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器, 則

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

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

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