導讀：0.02級活塞式壓力計測量不穩定？.02級活塞式壓力計作為檢定靜態壓力的計量標準，其作為測量標準的不確定度評定尤為重要，本文根據工作原理建立數學模型，分析不確定度來源，給出測量標準的合成不確定度和擴展不確定度。 

　　引言 

　　活塞式壓力計作為一種高效測壓儀器，具有穩定性高，成本和維護費低等特點，主要用于計量檢測機構、校準實驗室以及生產或科學實驗環節作為壓力標準器。 

　　1 概述 

　　活塞式壓力計是基于流體靜力學平衡原理、帕斯卡定律測量壓力的高精度壓力測量儀器設備。主要由活塞組件、專用砝碼和加載造壓裝置等組成。加放于活塞承重盤上的砝碼及活塞本體的重力，作用在活塞筒內可以垂直升降、自由轉動的活塞桿上，產生的壓力與被測壓力相平衡，就能精確測量被測壓力。因工作介質不同（可為氣體或液體），還可以有很寬的壓力測量范圍，廣泛應用于小壓力、中壓力、高壓力、甚至超高壓力的測量。 

　　2 不確定度評定 

　　2.1 測量方法 

　　將活塞式壓力計與標準活塞式安裝在校驗器上，調節好活塞系統水平及其垂直度，根據流體靜力學平衡原理及帕斯卡定律，用直接測量法進行壓力測量，從而測得被檢壓力值。 

　　2.2 數學模型： 

　　式中：F-活塞及所加砝碼在重力場中產生的力 

　　A-活塞有效面積； 

　　式中：m-專用砝碼質量；g-重力加速度；-空氣密度；-砝碼密度；-流體的表面張力系數；C-活塞的周長；-活塞桿和活塞筒之間的摩擦力，表現為活塞的靈敏閾；-活塞組件在零壓和20℃下的有效面積；、-活塞桿和活塞筒的線性膨脹系數；t-活塞組件溫度；P-工作壓力； 

　　實際使用活塞式壓力計精密測量壓力時，還須考慮其它因素的影響量。如壓力測量取壓點至活塞下端面的距離h引入的液（氣）柱差修正項，當測量點高出活塞低端時h為負，反之為正，為測壓介質密度；測量絕壓時，還須引入真空罩中參考真空（當測量表壓時為零），故要求較高的情況下活塞式壓力計測量壓力表達式如下式： （5） 

　　2.3 不確定度的來源 

　　2.3.1 專用砝碼質量引入的不確定度分量； 

　　2.3.2 重力加速度引入的不確定度分量； 

　　2.3.3 空氣密度引入的不確定度分量； 

　　2.3.4 標準器引入的不確定度分量； 

　　2.3.5 活塞組件溫度引入的不確定度分量； 

　　2.3.6 活塞軸線與重力方向的夾角引入的不確定度分量； 

　　2.3.7 壓力形變系數引入的不確定度分量； 

　　2.3.8 液柱差測量誤差引入的不確定度分量； 

　　2.4 測量不確定度評定 

　　以量程為（0～0.6）MPa活塞式壓力計為例，各輸入量及靈敏系數見表1： 

　　2.4.1 專用砝碼質量引入的不確定度 

　　依據規程，0.02級活塞式壓力計專用砝碼質量的最大允許誤差為±0.008%，服從均勻分布，則不確定度為 

　　2.4.2 重力加速度引入的不確定度 

　　重力加速度可以通過直接測量得到，南京重力加速度為9.7949m/s2，重力加速度最大允許誤差為0.00005m/s2，服從均勻分布，則： 

　　由壓力對重力加速度的靈敏系數為：0.1s2/m，可得重力加速度引入不確定度為： 

　　2.4.3 空氣密度引入的不確定度 

　　對于低海拔地區，空氣密度取1.2kg/m3，一般空氣密度變化在，服從均勻分布，則空氣密度不確定度為： 

　　壓力對空氣密度的靈敏系數為： 

　　則由空氣密度引入的不確定度為： 

　　2.4.4 標準器引入的不確定度 

　　由活塞式壓力計檢定規程可知，0.02級標準活塞式壓力計有效面積最大允許誤差可認為是正態分布則： 

　　壓力對有效面積的靈敏系數為： 

　　2.4.5 活塞組件溫度引入的不確定度 

　　依據規程，0.02級活塞式壓力計活塞溫度變化范圍為1℃，服從均勻分布，則溫度t的不確定度為： 

　　碳化鎢線性溫度膨脹系數為，活塞與活塞筒材料均為碳化鎢，則壓力對溫度的靈敏系數為，則活塞組件溫度引入的不確定度為： 

　　2.4.6 活塞軸線與重力方向的夾角引入的不確定度 

　　依據規程，0.02級活塞式壓力計活塞軸線偏離垂直方向角度應小于2分，服從均勻分布，則不確定度為： 

　　壓力對活塞軸線偏離垂直方向夾角靈敏系數為：。 

　　則活塞軸線與重力方向的夾角θ引入的不確定度為： 

　　2.4.7 壓力形變系數引入的不確定度 

　　碳化鎢活塞壓力形變系數為，服從均勻分布，則不確定度為。 

　　活塞壓力計測量上限為0.6MPa，則由壓力形變系數引入的不確定度為： 

　　2.4.8 液柱差引入的不?_定度 

　　液柱差的影響以小量程液體活塞壓力計最為明顯，測量上限為0.6MPa活塞式壓力計一般確定活塞位置差不確定度可達2mm，服從均勻分布，則不確定度為： 

　　由0.6MPa活塞式壓力計工作壓力下限不大于0.04MPa，壓力對液柱差的靈敏系數為：。 

　　則由液柱差引入的不確定度為 

　　2.5 標準不確定度一覽表 

　　2.6 合成標準不確定度 

　　以上各分量互不相關，在不確定度合成中貢獻小于1/10，忽略不計，則： 

　　（22） 

　　2.7 擴展不確定度評定 

　　取包含因子k=2，則擴展不確定度為 

　　結論 

　　0.02級活塞式壓力計一般作為區域計量單位的最高標準，起著量值溯源和傳遞的作用。其不確定度評定過程較為復雜，不確定度來源需考慮齊全，計算時應注意量綱、單位制的統一，以保證評定數據準確可靠。對于其它量程0.02級活塞式活塞式壓力計的不確定度評定可參考本方法。