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        壓力變送器測量結(jié)果的不確定度評定實(shí)例

        2016-11-08 08:14:06王松輝
        科學(xué)中國人 2016年29期
        關(guān)鍵詞:校驗(yàn)儀壓力計(jì)輸入量

        蘇 華,王松輝,李 蓓

        西北工業(yè)集團(tuán)有限公司

        壓力變送器測量結(jié)果的不確定度評定實(shí)例

        蘇華,王松輝,李蓓

        西北工業(yè)集團(tuán)有限公司

        壓力變送器是壓力測量一次元件,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,本文對一臺壓力變送器的測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定。

        壓力變送器;測量模型;靈敏系數(shù);不確定度

        一、概述

        1.測量依據(jù)

        JJG882-2004壓力變送器檢定規(guī)程。

        2.測量標(biāo)準(zhǔn)

        ①0.05級活塞式壓力計(jì),測量范圍(1~60)MPa;

        ②0.01級過程校驗(yàn)儀,測量范圍(0~30)mA。

        3.測量對象

        壓力變送器,規(guī)格型號:3051,出廠編號:6659909,準(zhǔn)確度等級:0.5級,測量范圍:(0~10)MPa,供電電壓:24VDC,輸出電流:(4~20)mA。

        二、測量模型

        1.電流測量模型

        式中:ΔI——變送器的輸出電流誤差,mA;

        I——過程校驗(yàn)儀的電流讀數(shù)值,mA;

        Im——變送器的電流輸出量程,mA;

        Pm——變送器的壓力輸入量程,MPa;

        P——變送器的輸入壓力值,MPa;

        ΔP——標(biāo)準(zhǔn)器與變送器的受壓點(diǎn)不在同一高度時(shí)產(chǎn)生的壓力差,Pa;

        當(dāng)傳壓介質(zhì)為液體時(shí),ΔP=ρ·g·Δh;

        ρ,傳壓介質(zhì)的密度,kg/m3;

        g,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,m/s2;

        △h,標(biāo)準(zhǔn)器與變送器受壓點(diǎn)的高度差,m;

        I0——變送器的電流起始值,mA;

        在上述模型中,Im、Pm、I0是已知常數(shù),環(huán)境溫度影響可忽略,因此輸入量為I、P、△P。

        2.靈敏系數(shù)

        三、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

        1.輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)

        1.1重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(I)

        對壓力變送器進(jìn)行三個(gè)循環(huán)的測量,取平均值作為測量結(jié)果。因測量次數(shù)為n=6次,故采用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度,極差系數(shù)C=2.53,則

        在不同的測量點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下:

        測量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí),極差R依次為0.002 mA、0.001 mA、0.004 mA、0.002 mA、0.003 mA、0.002 mA;計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(I)依次為:0.0003 mA、0.0002 mA、0.0007 mA、0.0003 mA、0.0005 mA、0.0003 mA.

        1.2過程校驗(yàn)儀允差誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2()I

        由過程校驗(yàn)儀使用手冊可知,其電流測量的最大允許誤差±Δ=±(0.010%RD+0.015%FS),RD為過程校驗(yàn)儀的讀數(shù),F(xiàn)S為過程校驗(yàn)儀的量程。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布,區(qū)間半寬a=Δ,置信因子

        在不同的測量點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下:

        測量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí),電流讀數(shù)依次為:3.995 mA、7.198 mA、10.399 mA、13.603 mA、 16.804 mA、20.006 mA;可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(I)依次為:0.0028 mA、0.0030 mA、0.0032 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

        稻田水中的噬菌體消長與病菌的消長是一致的,即病菌開始繁殖增加,噬菌體也隨之上升,病菌數(shù)量減少,噬菌體也隨之降低。如定期測定稻田水及稻株中的噬菌體的消長,則能了解白葉枯病的動態(tài),及時(shí)指導(dǎo)防治。

        1.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)

        輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)由以上兩個(gè)分量合成得到,則

        在不同的測量點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下:測量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí),可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)依次為0.0028 mA、0.0030 mA、0.0033 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

        2.輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)

        活塞式壓力計(jì)的準(zhǔn)確度等級為0.05級,其壓力輸出的最大允許誤差±Δ=±0.05%P,P為活塞式壓力計(jì)的實(shí)際輸出壓力。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布,區(qū)間半寬a=Δ,置信因子k=3,則

        在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算,可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)依次為:0 mA、0.0006 mA、0.0012 mA、0.0017 mA、0.0023 mA、0.0029 mA.

        3.輸入量ΔP的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ΔP)

        在測量過程中,活塞式壓力計(jì)的受壓點(diǎn)和壓力變送器的受壓點(diǎn)存在Δh=-30mm的高度差,傳壓介質(zhì)的密度ρ=0.913g/mL,本地重力加速度g=9.7944m/s2,由此產(chǎn)生的壓力差ΔP=ρ·g·Δh=-0.00027MPa。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從兩點(diǎn)分布,區(qū)間半寬a= 0.00027MPa,置信因子k=1,則

        在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算,可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u()ΔP依次為:0 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA.

        4.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔI)

        在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算,合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔI)依次為:0.0029mA、0.0032 mA、0.0038 mA、0.0044 mA、0.0052 mA、0.0060 mA.

        四、擴(kuò)展不確定度

        取包含因子k=2,則U=k·uc(ΔI)

        在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算,擴(kuò)展不確定度不確定度uc(ΔI)依次為:0.0058mA、0.0064 mA、0.0076 mA、0.0088 mA、0.0104 mA、0.0120 mA.

        各輸入量間互不相關(guān),則

        [1]JJG 882-2004壓力變送器檢定規(guī)程.

        [2]JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示.

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