導讀：0.02級活塞式壓力計測量不確定度的評定。0.02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。 

　　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： 

　?。?2） 

　　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。 

YS600活塞式壓力計

一、用途

    0.05級活塞式壓力計（以下簡稱壓力計）、用于檢驗0.2級活塞式壓力計及精密壓力表,

二、工作原理與基本結構

 壓力計的工作原理基于活塞本身重量和加在活塞上的專用砝碼重量，作用在活塞面積上所產生的壓力與液壓容器內產生的壓力相平衡。

    壓力計系由檢驗泵和測量系統兩部分組成。見圖：

    檢驗泵部分包括手搖泵（11）、油杯（9）及兩個閥（6）和（7）。在閥（6）和（7）上裝有兩端鎖母，用以連接被檢驗的精密壓力表。測量系統主要由一個經過精密研磨后具有精確截面的活塞，活塞直接承受底盤上的砝碼重量。

三、技術數據

表1

精確度等級

 基本誤差限 

壓力值在測量范圍下限以下時

 壓力值在測量范圍內時

0.05

 測量范圍下限的±0.05%

 實際測量壓力值的±0.05%

     YS-250、600活塞式壓力計的承重桿（包括活塞頭部）浸入工作液體浮力為5.6g.

     YS-6活塞式壓力計，活塞底部與被校表中心液柱差H，表殼外徑為φ150㎜，H=109㎜;表殼外徑φ160㎜，H=119㎜,表殼外徑φ250㎜，H=169㎜，其修正公式△P=Hγ，式中△P為液柱差產生的壓力，γ=0.88g/cm3為變壓器油的比重。

1、砝碼   2、指標板   3、底座   4、調整螺釘   5、連接管部件 

   6、7、8閥 9、油杯  10、水平儀 11、手搖泵   12、手輪   13、測量系統

四、驗收與保管

1、用戶收到裝箱壓力計,應先檢查壓力計包裝是否完整；如有損傷,應即查明原因。

2、開箱后拆除襯墊物，檢查壓力計外觀是否完好，說明書、合格證是否齊全，如有缺損，應即通知我廠。

3、壓力計應貯藏在室內，其環境溫度應為+5~35℃。相對濕度不大于80%；周圍空氣不應含有腐蝕壓力計的有害雜質。

五、安裝與使用

1、壓力計應放在便于操作的工作臺上，利用調整螺釘（4）來校準水平，必須使氣泡水平儀的氣泡位于中間位置。

2、壓力計的工作環境溫度20±2℃，周圍空氣不得含有腐蝕性氣體。

3、砝碼應放在干燥地點。

4、使用前，首先用油清洗壓力計各部分，然后在手搖泵和測量系統的內腔注滿傳壓價質（傳壓價質不允許混有雜質和污物），并將內腔中的空氣排除。

5、旋轉手搖泵手輪，檢查油路是暢通：若無問題，即可裝上被檢精密壓力表。

6、操作步驟：

（1）打開油杯（9），左旋手輪，使手搖泵的汽缸充滿油液。

（2）關閉油杯（9），打開（6）（7）（8）三個閥，右旋手輪，產生初壓，使底盤升起，到與指示板的上端相齊為止。見圖

（型號YS-6到活塞桿上的刻線與紅漆線相重合為止。）

（3）增加砝碼重量，使之產生所需之檢驗壓力。增加砝碼時，應不斷轉動手輪，以免底盤下降；操作時，必須使底盤及砝碼以不小于30轉/分的初角速度按順時針方向旋轉，借以克服摩擦阻力的影響。

（4）檢查完畢，左旋手輪，逐步卸去砝碼；zui后打開油杯，卸去全部砝碼。

六、維護與修理

    1、壓力計除活塞桿和活塞筒是精密零件，不得輕易拆卸外，其他各部分應定期清洗。清洗及安裝時都必須謹慎小心，防止臟物或擦布纖維混入。

    2、油液必須過濾，不許混有雜物臟物；經使用一定時間后，必須更換新油。

    3、不用時必須蓋上防塵罩，以免塵埃進入壓力計內。

    4、每使用一年，必須送計量機關重新檢定。

    5、壓力計帶有附件5個皮碗，當手搖泵口有泄露時，將壓緊螺母松