天然氣站用壓力變送器不同檢定方法分析比較

摘要:在天然氣計(jì)量中,壓力變送器作為測(cè)量壓力的一次元件得到了廣泛的應(yīng)用。隨之而來的各種測(cè)試方法也在不斷更新變化,檢定、檢測(cè)手段更加簡單方便,檢定、檢測(cè)能力在逐漸增強(qiáng),檢測(cè)時(shí)間逾加快捷,檢定、測(cè)試的系統(tǒng)誤差也變得越來越小。特別是在現(xiàn)場(chǎng)檢定、測(cè)試中,環(huán)境條件及其它條件很難滿足JJG882--2004《壓力變送器檢定規(guī)程》的要求。嘗試通過不確定評(píng)定的方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而找出更加適合于現(xiàn)場(chǎng)檢定的方法。
1檢定項(xiàng)目
　　選取EJA430A壓力變送器一只，測(cè)量范圍(0~1)MPa,工作電壓24VDC,輸出信號(hào)(4~20)mADC,精度等級(jí)0.2級(jí)。
2檢定技術(shù)條件
　　將數(shù)字壓力計(jì)與壓力控制器分別開機(jī)檢定,在環(huán)境溫度為15℃、環(huán)境濕度46%RH的相同條件下:分別依次從低量程到高量程,均勻選定出5個(gè)檢定點(diǎn),3個(gè)循環(huán)，開始加壓進(jìn)行分開檢定。
3不一樣的檢定方法所得的不同數(shù)據(jù)結(jié)果
　　用數(shù)字壓力計(jì)檢定壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，如表1所示。
 
　　基本誤差(mA):允許值0.032;實(shí)際最大值0.016;
　　回程誤差(mA):允許值0.032;實(shí)際最大值0.004。
　　用壓力控制器檢定壓力變送器數(shù)據(jù)結(jié)果,如表2所示。
 
　　基本誤差(mA):允許值0.032;實(shí)際最大值0.021
　　回程誤差(mA):允許值0.032;實(shí)際最大值0.007
4對(duì)用數(shù)字壓力計(jì)檢定壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析
4.1評(píng)定依據(jù)
　　JJG882--2004《壓力變送器檢定規(guī)程》
　　JJF1059--1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。
4.2數(shù)學(xué)模型
 
　　式中:△I一壓力變送器的輸出誤差,mA;1]-壓力變送器電流輸出量程,mA;Im一壓力變送器輸出電流值,mA;Pf一壓力變送器壓力輸人量程,KPa;Ps一數(shù)字壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)壓力值,KPa;I0一壓力變送器輸出起始值,mA;
4.3檢定方法
　　由上一級(jí)數(shù)字壓力計(jì)通過比較法直接對(duì)下一級(jí)壓力變送器進(jìn)行檢定。數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)量范圍為(0~7)MPa,精度級(jí)別0.025級(jí)。被檢壓力變送器的壓力測(cè)量范圍為(0~1)MPa,電流輸出范圍為(4~20)mA,精度級(jí)別為0.2級(jí)。將標(biāo)準(zhǔn)器與被檢儀器安裝在同一壓力源上,由NPAK壓力源提供氮?dú)鈿庠?并由NPAK壓力源來調(diào)節(jié)壓力的大小。在整個(gè)范圍內(nèi)均勻選取5個(gè)壓力點(diǎn)，進(jìn)行了3個(gè)循環(huán)的檢定。
　　檢定環(huán)境的溫度:15C;檢定環(huán)境的濕度:46%RH;檢定介質(zhì):純凈氮?dú)狻?br /> 4.4不確定度來源
(1)被測(cè)壓力變送器示值標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Im)
　　壓力變送器電流輸出多次重復(fù)性測(cè)量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（`△`I1）
　　數(shù)字壓力計(jì)直流電流表的示值誤差引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)。
(2)數(shù)字壓力計(jì)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(ps)
4.5標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定
　　壓力變送器電流輸出多次重復(fù)性測(cè)量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(`△I)。
 
　　由數(shù)字壓力計(jì)操作手冊(cè)查出數(shù)字壓力計(jì)直流電流表部分的示值誤差為±(0.015%RDG+0.002)mA,壓力變送器的最大輸出電流為20mA,則最大允許誤差為±0.005mA。則由數(shù)字壓力計(jì)電流表所引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(3)
　　按u(I)具有95%的可信度估計(jì),則它的不可信度即其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為5%，則
u(I)的自由度200。
(3)數(shù)字壓力計(jì)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(p3)
　　由數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)試證書中查出,壓力部分的示值誤差為±0.025%FS,數(shù)字壓力計(jì)的壓力量程為7MPa,即最大允許誤差為±0.00175MPa。則數(shù)字壓力計(jì)壓力部分引人的不確定度按均勻分布:
U1(ps)=0.00175/√3=0.0010MPa(4)
　　按u1(ps)具有95%的可信度估計(jì),則它的不可信度即其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為5%,則u1(ps)的自由度200。
4.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　由于被測(cè)壓力變送器示值標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(lm)和數(shù)字壓力計(jì)示值標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ps)是相互獨(dú)立的,根據(jù)不確定度傳播定律,壓力變送器示值誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
 
4.7擴(kuò)展不確定度
　　當(dāng)給出置信概率p=95%時(shí),擴(kuò)展不確定度:U95=K95uc(△I)=0.0078mA,k95=2。.
4.8結(jié)論
　　被檢壓力變送器示值最大允許誤差的絕對(duì)值MPEV為0.032mA,示值誤差的不確定度U95≤1/4MPEV,且示值誤差在被檢壓力變送器的最大允許誤差限內(nèi),因此可以判定被檢壓力變送器合格。該評(píng)定方法適用于不同量程的壓力變送器的示值誤差不確定度的評(píng)定。
5對(duì)壓力控制器測(cè)試壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析.
5.1檢定方法
　　由上一級(jí)壓力控制器通過設(shè)定壓力值對(duì)下一級(jí)壓力變送器進(jìn)行檢定。壓力控制器的測(cè)量范圍為(0~7)MPa,精度等級(jí)0.001級(jí)。被檢壓力變送器的壓力測(cè)量范圍為(0~1)MPa,電流輸出范圍為(4~20)mA,精度等地為0.2級(jí)。將壓力控制器與被檢儀器串聯(lián)安裝在同一壓力源上，由氮?dú)馄刻峁┑獨(dú)鈿庠矗蓧毫刂破鱽碜鳛闃?biāo)準(zhǔn)器并控制壓力的大小。在整個(gè)范圍內(nèi)均勻選取5個(gè)壓力點(diǎn),進(jìn)行了3個(gè)循環(huán)的檢定。
檢定環(huán)境的溫度:15℃;檢定環(huán)境的濕度:46%RH;檢定介質(zhì):純凈氮?dú)狻?br /> 5.2不確定度來源
(1)被測(cè)壓力變送器示值標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Im)
(2)壓力控制器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(ps)
5.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定
(1)壓力變送器電流輸出多次重復(fù)性測(cè)量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(OI)。
　　由表2的檢定數(shù)據(jù),得到示值重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量:
 
(2)直流電流表的示值誤差引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)。
　　直流電流表部分的示值誤差為±(0.015%RDG+0.002),壓力變送器的最大輸出電流為20mA,則最大允許誤差為±0.002mA。則由數(shù)字壓力計(jì)電流表所引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(15)
　　按u(1)具有95%的可信度估計(jì),則它的不可信度即其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為5%,則u(I)的自由度為200。
(3)壓力控制器引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(p;)。
　　由壓力控制器的檢定證書中查出,壓力部分的示值誤差為±0.01%FS,數(shù)字壓力計(jì)的壓力量程為7MPa,即最大允許誤差為±0.0007MPa。則數(shù)字壓力計(jì)壓力部分引人的不確定度為:
 
 
6結(jié)論及建議
6.1結(jié)論
　　從以上的數(shù)據(jù)結(jié)果比較分析:數(shù)字壓力計(jì)的不確定度為0.0078mA;壓力控制器的不確定度為0.0088mA。用數(shù)字壓力計(jì)檢定的壓力變送器所得的不確定度小于用壓力控制器檢定的壓力變送器的不確定度,不確定度小說明精度高,可靠性強(qiáng)。兩者所得的數(shù)據(jù)結(jié)果均小于壓力變送器的基本誤差允許值0.032mA,符合不確定度的分析研究。
　　從兩種不同的方法分別檢定的同一只壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結(jié)果:(數(shù)字壓力計(jì)檢定的壓力變送器實(shí)際誤差;最大值是0.016mA,壓力控制器檢定的壓力變送器實(shí)際誤差最大值是0.021mA)也體現(xiàn)出這一點(diǎn)。也就是說:用數(shù)字壓力計(jì)檢定的同一只壓力變送器比用壓力控制器檢定同一只壓力變送器誤差要小0.005mA。
從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看:
(1)數(shù)字壓力計(jì)從低量程到高量程依次加壓,壓力值比較穩(wěn)定,脈動(dòng)小，可靠性高。而壓力控制器從低量程到高量程依次加壓，因開機(jī)時(shí)間較短,沒有充分預(yù)熱,儀器穩(wěn)定較差,壓力值有時(shí)不固定,波動(dòng)比較大,經(jīng)常在幾個(gè)數(shù)值內(nèi)跳動(dòng),取樣時(shí)間較長。
(2)數(shù)字壓力計(jì)攜帶方便，電池供電,可帶到現(xiàn)場(chǎng)不拆卸壓力變送器進(jìn)行檢定,但需要有人協(xié)助進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄;壓力控制器通過觸屏按鍵設(shè)置自動(dòng)打壓,操作方便,可以一人獨(dú)立完成操作及數(shù)據(jù)記錄,但是壓力控制器攜帶不便,需要220V電源供電,儀器預(yù)熱穩(wěn)定時(shí)間在2小時(shí)左右,對(duì)環(huán)境溫度要求較高,且需配置瓶裝氮?dú)馓峁庠?很灘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。
6.2建議
(1)隨著天然氣計(jì)量中所選壓力變送器的精度越來越高,及現(xiàn)場(chǎng)不拆卸檢定所體現(xiàn)出來的優(yōu)越性,對(duì)檢定用標(biāo)準(zhǔn)器提出了更高的要求。精度等級(jí)高、穩(wěn)定時(shí)間短、穩(wěn)定性好、攜帶方便、讀數(shù)方便的標(biāo)準(zhǔn)器體現(xiàn)出來了更多的優(yōu)越性。
(2)從數(shù)據(jù)的分析也可以看出，精度高、讀數(shù)電流表誤差小，減少了不確定度的傳遞,所以選用精度等級(jí)更高的壓力模塊，讀數(shù)誤差更小的電流表也可以減小裝置的不確定度。