壓力變送器電流輸出測量結(jié)果不確定度

摘要:壓力變送器通過測壓元件傳感器將壓力參數(shù)按照一-定的規(guī)律轉(zhuǎn)變成方便使用的標(biāo)準(zhǔn)電信號4~20mA和0~10mA(或1~5V)等直流電信號，廣泛應(yīng)用于企業(yè)、工業(yè)設(shè)備儀器所進(jìn)行必要的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控及操控，節(jié)省人力物力，提高工作效率，保障生產(chǎn)安全。因此，保證壓力變送器的量值正確可靠性尤為重要。文章依據(jù)JJG882-2019《壓力變送器》檢定規(guī)程，使用0.02級現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀對壓力變送器進(jìn)行檢定，從測量儀器、測量過程等方面進(jìn)行闡述，對其測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析與評定。
1概述
1.1測量依據(jù)
　　JJG882--2019《壓力變送器》檢定規(guī)程，JJF1059--2012《測量不確定度評定與表示》。
1.2環(huán)境條件
　　溫度22.2℃，每10min變化≤l9C;相對濕.度:45%。
1.3測量標(biāo)準(zhǔn)
　　壓力量程為0~4MPa，電流量程為0~22mA.的0.02級現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀。
1.4測量對象
　　測量范圍為0~1MPa，電流輸出4~20mA,精度等級為0.5級的壓力變送器。
1.5測量方法
1.5測量方法
　　將壓力變送器置于實(shí)驗(yàn)室檢定環(huán)境條件至少2h以上，使其充分適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。將壓力變送器通電預(yù)熱30min后，安裝在現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀連接臺上，保證壓力變送器和全自動壓力校驗(yàn)儀工作位置處在同一水平面上，然后用導(dǎo)線連接壓力變送器同標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行HART通訊，并使用全自動壓力校驗(yàn)儀的檢定壓力變送器功能模式進(jìn)行測量檢定。
2測量模型
 
 
　　式中:△I為壓力變送器各檢定點(diǎn)的示值誤差，mA;I為壓力變送器正行程或反行程各檢定點(diǎn)的實(shí)際輸出值，mA;Im為壓力變送器電流輸出量程，16mA;p為標(biāo)準(zhǔn)器輸入壓力值，MPa;pm為壓力變送器壓力量程，1MPa;I為壓力變送器輸出電流起始值，4mA;Ap為標(biāo)準(zhǔn)器與壓力變送器的受壓點(diǎn)不在同一高度產(chǎn)生的壓力差，Pa;(標(biāo)準(zhǔn)器和被檢高度在同一水平面，即△p為0)。
3靈敏系數(shù)
　　壓力對測量模型輸出量的靈敏系數(shù)為:
 
電流對測量模型輸出量的靈敏系數(shù)為:
 
4測量不確定度來源及評定
4.1輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p)
　　依據(jù)檢定證書，現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀的測量范圍為0~4MPa，精度等級為0.02級，最大允許誤差為△=±0.02%x4MPa=±0.0008MPa，環(huán)境溫度影響可以忽略不計(jì)。
按均勻分布估計(jì)，則
 
4.2輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　主要來源是現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀直流電流輸出檔的不確定度和測量重復(fù)性，環(huán)境溫度影響可以忽略。
(1)由上級證書可知，現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀直流電流輸出檔的不確定度為:
u(I1)=0.0005mA
(2)測量重復(fù)性
　　按規(guī)程要求，0.5級壓力變送器測量點(diǎn)應(yīng)不少于5個。每個測量點(diǎn)測量10次，由此計(jì)算出實(shí)驗(yàn)S標(biāo)準(zhǔn)偏差，并根據(jù)公式分別計(jì)算出各10點(diǎn)u(l2)。具體數(shù)值見表1，u(l2)取5個測量點(diǎn)中的最大值。
 
　　由于u(I1)和u(I2)相互獨(dú)立，綜上可得全自動壓力校驗(yàn)儀電流檔輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
 
4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　由于u(p)和u(I)彼此相互獨(dú)立，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ue(△I)為:
 
4.4擴(kuò)展不確定度
　　按置信概率p=95%，取包含因子h=2,所以:
U=kuc(△I)=0.016mA,k=2
4.5標(biāo)準(zhǔn)器組擴(kuò)展不確定度U的確定
　　現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀屬于多功能標(biāo)準(zhǔn)器，涵蓋壓力、電流、電壓測量于一體。在進(jìn)行不確定度評定時，只需考慮全自動壓力校驗(yàn)儀壓力測量誤差所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p)、電流測量誤差所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I1)，前文u(I2)為被檢重復(fù)性所帶來的不確定度分量，此處不需引用。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器為現(xiàn)場全自動壓力校驗(yàn)儀，壓力測量范圍0~4MPa;精度等級0.02級，電流測量范圍0~22mA;不確定度U=0.001mA，k=2。被檢樣品為精度等級0.5級，測量范圍0~1MPa壓力變送器。
　　由于輸入量I1和p標(biāo)準(zhǔn)不確定度不相關(guān)，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
則標(biāo)準(zhǔn)器組擴(kuò)展不確定度為:
U=k×uc=2×0.0074=0.015mA(k=2)
　　因?yàn)榘凑找?guī)程要求，標(biāo)準(zhǔn)器組在檢定時引入的擴(kuò)展不確定度U應(yīng)不大于被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/4。(被檢壓力變送器最大允許誤差Δ=±0.5%×16mA=±0.08mA)即U=0.015mA≤±0.08mA/4=0.02mA
　　所以所用的標(biāo)準(zhǔn)器符合規(guī)程7.1.1的要求。
5結(jié)束語
　　通過對0.5級壓力變送器電流輸出的測量結(jié)果不確定度分析與評定過程，所述標(biāo)準(zhǔn)器滿足在現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室對0.5級壓力變送器進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)的需要，證實(shí)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確可靠及檢定壓力變送器的測量能力，為當(dāng)下企事業(yè)生產(chǎn)活動提供計(jì)量技術(shù)參考。