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        煤礦用差壓傳感器校準方法的研究和實現(xiàn)①

        2019-02-06 04:03:55王曉明
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2019年26期
        關(guān)鍵詞:校準方法實現(xiàn)研究

        王曉明

        摘 ? 要:煤礦井下測量儀器設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中起重要作用,計量結(jié)果的準確性、可靠性直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。加強煤礦安全測量儀器的計量檢定和校準是實現(xiàn)煤炭工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要保障,也是加強煤礦安全生產(chǎn)工作的迫切要求。煤礦用差壓傳感器具有檢測精度高、性能穩(wěn)定、壽命長等特點,目前逐漸成為煤礦井下檢測甲烷的測量儀器,數(shù)量逐年增多。煤礦用差壓傳感器廣泛用于煤礦井下的壓差監(jiān)測,是煤礦安全生產(chǎn)和計量管理重要的計量器具,目前還沒有相應(yīng)的計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范,使用單位和檢測機構(gòu)在傳感器量值溯源和傳遞上沒有依據(jù)?,F(xiàn)將傳感器校準方法研究提供給大家參考、討論。

        關(guān)鍵詞:煤礦用差壓傳感器 ?校準方法 ?研究 ?實現(xiàn)

        中圖分類號:TP212 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:1674-098X(2019)09(b)-0012-02

        1 ?引言

        煤礦用差壓傳感器(以下簡稱傳感器)是主要用于礦井風機、風門密閉、通風巷道等地的差壓進行連續(xù)監(jiān)測、并實時顯示被測點的差壓值和報警監(jiān)控的功能。目前還沒有相應(yīng)的計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范,使用單位和檢測機構(gòu)在傳感器量值溯源和傳遞上沒有依據(jù)?,F(xiàn)將傳感器檢定研究提供給大家參考、討論。

        2 ?傳感器的工作原理

        傳感器通過采集頭取得差壓后,由壓力傳感器元件進行電信號的轉(zhuǎn)換,放大后,經(jīng)過單片機處理,再分配給各單元,最終在顯示屏顯示壓力值和輸出數(shù)字量或模擬量信號傳輸?shù)疥P(guān)聯(lián)設(shè)備,實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控。

        3 ?傳感器校準項目及基本誤差校準方法

        3.1 傳感器標準

        接通電源,待傳感器零點穩(wěn)定后,用標準壓力發(fā)生器對傳感器量程的50%的校準點進行標準,在以后的校準中不得再次標準。

        3.2 傳感器的基本誤差校準方法

        3.2.1 校準點的選擇

        校準點的選擇應(yīng)按量程基本均布,一般應(yīng)包括上限值、下限值在內(nèi)不少于5個點。

        3.2.2 校準方法

        校準從下限開始平穩(wěn)地輸入壓力信號到各校準點,讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值(換算為壓力值)至上限;保持1min,然后反方向平穩(wěn)改變壓力信號到各檢測點,讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值(換算為壓力值)至下限,這為一次循環(huán)。如此進行3個循環(huán)的校準,取其算術(shù)平均值與標準器示值的差值與滿量程之比,為示值誤差。傳感器的示值誤差按公式(1)計算。

        (1)

        式中:

        ——傳感器的示值誤差,%;

        ——傳感器的測量平均值,kPa;

        ——標準器的示值,kPa;

        ——傳感器的滿量程(即上限值與下限值之差),kPa。

        3.2.3 信號傳輸誤差

        按3.3.2方法重復(fù)測定3次,取其算術(shù)平均值與傳感器顯示值或傳感器輸出信號值(換算為壓力值)的差值,即傳感器的信號傳輸誤差。

        (2)

        式中:

        Gm——輸出電信號上限對應(yīng)的壓力值,kPa;

        G0——輸出電信號下限對應(yīng)的壓力值,kPa;

        Pm——輸出電信號上限標稱值,Hz;

        P0——輸出電信號下限標稱值,Hz;

        ——各點的輸出信號的算術(shù)平均值,Hz;

        ——各點的輸出信號的算術(shù)平均值換算的壓力值,kPa。

        再按式(3)計算傳感器各點的信號傳輸誤差。取最大的為傳感器的信號傳輸誤差。

        (3)

        式中:

        ——各點的信號傳輸誤差;

        ——各點的輸出信號的算術(shù)平均值換算的壓力值,kPa;

        ——各點的顯示值算術(shù)平均值,kPa。

        4 ?示值誤差的測量不確定度分析

        4.1 測量對象

        量程為(-15kPa~5kPa)的煤礦用差壓傳感器 ,最大允許誤差為2.0%FS。

        4.2 測量時環(huán)境條件

        溫度:21℃;濕度:(50~53)%RH。

        4.3 測量模型

        (4)

        式中:

        δ——儀器的示值誤差,%;

        ——儀器的測量平均值,kPa;

        x0——標準器的示值,kPa;

        xm——儀器的滿量程(即上限值與下限值之差),kPa。

        靈敏系數(shù)可通過對公式(1)求導(dǎo)得出:

        4.4 不確定度分量的計算

        4.4.1 重復(fù)性引入的不確定度

        被檢儀器測量重復(fù)性,可以通過重復(fù)性條件下的用標準壓力發(fā)生器連續(xù)多次測量煤礦用差壓傳感器得到測量數(shù)列,采用A類評定方法評定。

        4.4.2 標準壓力發(fā)生器引入的不確定度分量u(p)

        采用B類評定方法。根據(jù)MT 393-1995《煤礦用差壓傳感器通用技術(shù)條件》要求,標準壓力發(fā)生器準確度級別不低于0.05級,這里取最大值0.05%FS, 即0.05kPa,設(shè)服從均勻分布,則其引入不確定度分量為:

        4.5 合成標準不確定度

        各輸入分量互不相關(guān),按不確定度傳播律進行合成:

        根據(jù)公式(2)、(3)、(4),將各不確定度分量值帶入,計算各校準點的靈敏系數(shù)、合成標準不確定度匯總?cè)绫?。

        4.6 擴展不確定度

        取包含因子k=2,則各校準點擴展不確定度如表3所示。

        5 ?結(jié)果分析

        通過分析各校準點的合成不確定度與本規(guī)程擬定的示值誤差指標,煤礦用差壓傳感器最大允許誤差為±2.0%FS,即±0.4kPa,與表3數(shù)據(jù)比較,結(jié)果表明各個校準點的示值誤差測得值的不確定度與規(guī)程擬定的最大允許誤差限之比均滿足小于或等于1:3,符合JJF 1094-2002《測量儀器特性評定》、MT 393-1995《煤礦用差壓傳感器通用技術(shù)條件》和JJF1033-2016《計量標準考核規(guī)范》的相關(guān)要求,說明規(guī)程制定的技術(shù)指標合理,校準方案可行可靠。

        參考文獻

        [1] JJF1059.1-2012,測量不確定度的評定與表示[S].北京:中國標準出版社,2012.

        [2] MT 393-1995,礦用差壓傳感器通用技術(shù)條件[S].北京:中國標準出版社,1995.

        [3] JJF1094-2002,測量儀器特性評定[S].北京:中國標準出版社,2012.

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