二等标准水银气压表的测量不确定度分析

　　二等标准水银气压表,作为大气压力量值传递的标准器,已在我国气象计量部门使用多年。为确保气压量值传递的准确、可靠,必须定期将标准器送国家气象计量站检定,检定合格后给出其修正值(修正值不超过(0·3hPa)。我国气压量传系统图规定,二等标准水银气压表的不确定度为0·15~0·2hPa,它主要由随机误差组成。

　　1　各误差分量的确定

　　1·1　标准器的误差s1

　　检定标准水银气压表的标准器是一级标准液体压力表(PPS),其不确定度为1Pa+0·0012%×(读数值),标准器的测量误差,必然会作为系统误差传递到被检仪器的测量结果中。故此,在1000hPa点上检定时,被检仪器的测量结果含有标准器的误差s1=0·02hPa。

　　1·2　真空不良所引起的误差s2

　　标准水银气压表是以水银柱管内水银柱的静压力来平衡大气压力变化的,因此,在理想情况下,水银柱管上部的空间应该是抽成完全真空,但是,由于受技术和抽空设备的限制,不可能抽成完全真空,水银柱管上部空间仍残留少量的空气(残余气体),由于残余气体存在着压力,使得水银柱管内水银柱的高度略微降低些,其结果是测量值偏低。二等标准水银气压表检定规程规定出残余气体(球形)直径大小的要求:新出厂时小于1·0mm;使用中小于1·3mm。下面以残余气体的汽泡直径为1·3mm为例,计算残余气体影响值的大小。残余气体影响值计算公式为:

　　式中　pc为残余气体在倾斜前对水银柱的附加压强,Pa;r3为气压表倾斜压缩后气泡半径(取0·00065m);h1为气压表倾斜前真空管上端“真空”部分高度, m;h2为倾斜时水银充满管顶后管顶继续下降的高度(0·16m);ρ为水银密度13595·1kg/m3;g为标准重力加速度(9·80665m/s2);R为标准水银气压表内管半径(取0·0055m)。根据上式分别计算出检定时(气压值为1013·25hPa)和使用时(气压值为653·28hPa)残余气体影响值的最大变化量。

　　已知:标准水银气压表真空柱管长L=0·86m;真空柱管内半径R=0·0055m;h1=0·86m-0·76m=0·1m

　　(1)计算气压变化区间,残余气体影响值变量

　　根据上面计算结果,得出气压最大变化区间残余气体影响值的最大变量为:

　　(2)计算温度变化区间内,残余气体影响值设检定时温度t1=-15℃,使用时的温度t2=45℃

　　(3)计算温度变化最大区间,残余气体影响值的最大变化量

　　(4)计算气压和温度变化最大区间,残余气体影响值的最大变化量

　　1·3　安装误差s3

　　检定时标准水银气压表的安装偏离角度不可能与使用时(标准表带回省局后作为二等标准表使用时)的安装偏离角度完全一致,由此就产生了安装误差。假设标准表安装处于绝对垂直(与地面垂直)位置时的示值为H,当标准表安装时倾斜了α角时的示值为Hα,用下式计算出倾斜后的标准表的示值误差。