JJG (铁道) 193—2017《机车车辆专用压力表》计量检定规程由国家铁路局在2017年12月27日发布, 2018年6月27日开始实施。目前符合JJG (铁道) 193—2017要求, 用于开展机车车辆专用压力表检定的计量标准器主要有数字压力计、活塞式压力计 (带油气隔离) 或气体活塞压力计, 以下针对使用2种不同结构原理的标准器在检定时评定测量结果的不确定度予以探讨。

依据JJG (铁道) 193—2017, 在环境温度 (20±5) ℃、相对湿度不大于85%、恒温2 h以上的条件下, 分别选用准确度等级为0.05级、测量范围为0～2.5 MPa的数字压力计 (配气压源) 和准确度等级为0.05级、测量范围为0.1 MPa～6 MPa的活塞式压力计 (工作介质为气体) 作标准器, 以1 000 kPa为检定点, 采用直接比较法, 测量机车车辆专用压力表。

被测压力表的示值误差计算公式如下。

式[1]中, Δp为被测压力表的示值误差, kPa;p被为被测压力表示值, k Pa;p标为标准器压力值, kPa。

灵敏系数计算公式如下。

输入量p被引入的标准不确定度分量u (p被) 由被测压力表的测量重复性引入, 可通过连续测量得到以下测量列: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, 由此得到单次试验标准偏差s=0。

出现此种情况是由于标准器准确度等级较高, 检定中读数方式为估读被检表, 而被检表分度值较大, 由估读引入的标准不确定度分量在重复性测量列中无法体现, 故单独计算由估读引入的标准不确定度分量作为u (p被) 。

分度值为20 kPa, 按照1/5估读, 区间全宽为4 kPa, 则区间半宽为2 kPa, 按照均匀分布, 取包含因子于是,

p标引入的标准不确定度分量u (p标) 可以按照B类不确定度评定, 需要分别计算使用数字压力计作标准器输入量p标引入的标准不确定度分量u数 (p标) , 以及使用活塞式压力计作标准器输入量p标引入的标准不确定度分量u活 (p标) 。

(1) 由数字压力计准确度引入的标准不确定度分量u数 (p标1) 。数字压力计示值误差为引用误差, 最大允许误差为±1.25 kPa, 按照均匀分布, 取包含因子则

(2) 由数字压力计稳定性引入的标准不确定度分量u数 (p标2) 。数字压力计相邻2个检定周期之间的示值变化量不得大于最大允许误差的绝对值。最大允许误差绝对值为1.25 kPa, 按照均匀分布, 取包含因子则

(3) 由数字压力计读数不稳定引入的标准不确定度分量u数 (p标3) 。数字压力计读数不稳定, 取最大变量±1 kPa, 按照均匀分布, 取包含因子则

(4) 由数字压力计感压点与被检压力表安装高度差引入的标准不确定度分量u数 (p标4) 。受数字压力计感压点与被检压力表安装高度差影响所引起的压力差计算公式如下。

式 (4) 中, Δp差1为受安装高度差影响所引起的压力差, kPa;ρ为工作介质空气的密度, 取1.2 kg/m3;g为重力加速度, 取9.806 65 m/s2;h为安装高度差, 实际安装高度差一般不超过±0.1 m。则

按照均匀分布, 取包含因子则

u数 (p标4) 可以忽略不计。

(5) 数字压力计在较宽的温度范围内具有温度补偿功能, 温度补偿范围覆盖 (20±5) ℃, 所以由温度差引入的不确定度分量可以忽略不计。

(6) 由于u数 (p标1) 、u数 (p标2) 、u数 (p标3) 彼此独立, 则

(1) 由活塞式压力计准确度引入的标准不确定度分量u活 (p标1) 。活塞式压力计使用标称值, 最大允许误差为实测值的±0.05%, 按照均匀分布, 取包含因子对于被检点1 000 k Pa, 最大允许误差为±0.5 kPa, 则

(2) 由活塞式压力计的使用温度不同于其活塞有效面积检定时的温度而引入的标准不确定度分量u活 (p标2) 。受温度影响所引起的压力变化量计算公式如下。

式 (5) 中, Δp差2为由于温度影响引起的压力变化量, kPa;p0为检定时压力值, kPa;α, β分别为活塞杆和活塞筒的膨胀系数, 1×10-5/℃ (钢材质的膨胀系数为1×10-5/℃, 碳化钨材质的膨胀系数为10-6/℃数量级) ;t, t0分别为检定时温度和参考温度, ℃。其中, t0取20℃, t取25℃或15℃, 则

按照均匀分布, 取包含因子则

(3) 由活塞式压力计下端面与被检压力表安装高度差引入的标准不确定度分量u活 (p标3) 。受安装高度差影响所引起的压力差计算公式参照公式 (4) , 则

按照均匀分布, 取包含因子则

u活 (p标3) 可以忽略不计。

(4) 使用中活塞有效面积周期变化率为2年内不大于0.015%, 引起的压力变化量可忽略不计。

(5) 由于u活 (p标1) 、u活 (p标2) 彼此独立, 则

如果使用数字压力计作为标准器, 则

如果使用活塞式压力计作为标准器, 则

如果使用数字压力计作为标准器, 取k=2, 则扩展不确定度U数=kuc数≈3.3 kPa。

如果使用活塞式压力计作为标准器, 取k=2, 则扩展不确定度U活=kuc活≈2.4 kPa。

JJG (铁道) 193—2017规定常用点允许误差为±10 kPa。经评定, 使用数字压力计和活塞式压力计2种标准器检定机车车辆专用压力表时, 均满足扩展不确定度小于最大允许误差绝对值的1/3。