任聰

棗莊市標(biāo)準計量研究中心 山東棗莊 277100

壓力變送器用于測量壓力、差壓、流量、液位等信號，它具有信號傳輸距離長、智能化程度高、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，是其他直讀式壓力表所不能比擬的。為了保證壓力變送器測量的準確性及可靠性，保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行，有必要對其進行檢定和測量不確定度進行分析。

1 壓力變送器的測量不確定度分析

在壓力變送器測量結(jié)果的不確定度分析中，用統(tǒng)計方法計算出的不確定度分量稱為不確定度A類評定。

B類不確定度分量評定是用非統(tǒng)計方法確定各分量的標(biāo)準不確定度。通常，B類不確定度分量較清晰，所產(chǎn)生的分量間無關(guān)聯(lián)，從檢定證書、技術(shù)資料、實踐經(jīng)驗中獲得。通過對壓力變送器測量誤差來源的分析，校準壓力變送器B類不確定度分量有：

（1）0.05級活塞壓力計精度引起的不確定度分量。

（2）數(shù)字多功能傳遞誤差引起的不確定度分量。

（3）膜盒測量膜片非線性誤差引起的不確定度分量。

（4）不確定度分量由變送器取壓口參考平面與活塞式壓力表活塞下端面高度差引起[1]。

2 測量方法及數(shù)學(xué)模型

（1）所用標(biāo)準器：①數(shù)字壓力計，其準確度等級：0.05級，測量范圍：0-100kPa；②數(shù)字多用表，最大允許誤差：（0.02%×讀數(shù)+3個字）。

（2）被測對象：壓力變送器，量程：0-80kPa，準確度等級：0.5級。

（3）環(huán)境條件：溫度（20±5）℃，濕度≤45%-75%。

（4）所依據(jù)的計量檢定規(guī)程：JJG882壓力變送器檢定規(guī)程。

（5）測量方法：壓力變送器是輸出為4-20mA直流信號的兩線制變送器，壓力變送器的檢定框如圖1所示。

圖1 檢測框圖

檢定時，從下限壓力值開始平穩(wěn)地輸入壓力信號到各個檢定點，讀取并記錄變送器的輸出值至上限壓力值，然后反方向改變壓力信號到各檢定點，讀取并記錄輸出值至下限壓力值，一般應(yīng)連續(xù)進行3次循環(huán)檢定，取3次循環(huán)檢定結(jié)果的算術(shù)平均值，作為各檢定點實際輸出電流值。

（6）數(shù)學(xué)模型。以下測量模型可從JJG882《壓力變送器》檢定規(guī)程附錄D中獲得：

式中：ΔI-壓力變送器的測量誤差，mA；I-壓力變送器實際輸出電流，mA；Im-壓力變送器輸出量程，mA；I0-壓力變送器輸出起始，mA；；p-壓力變送器輸入壓力，Pa；pm-壓力變送器輸入量程，Pa[2]。

3 測量不確定度的來源

（1）輸入量P的標(biāo)準不確定度（屬B類）。輸入量P的標(biāo)準不確定度主要來源是精密數(shù)字壓力計的誤差，若忽略溫度影響，精密數(shù)字壓力計最大誤差不超過±（100×0.05%），即±0.05kPa，按正態(tài)分布估計，則：

若（P1）的相對標(biāo)準不確定度估計95%，則自由度ν1=200。

（2）輸入量I的標(biāo)準不確定度（屬B類）。輸入量I的不確定度主要來源是數(shù)字電流表的示值誤差和測量重復(fù)性，環(huán)境溫度影響可忽略不計。

數(shù)字電流表引入的不確定度為：（0.02%×讀數(shù)+3個字）=（0.02%×20+0.003）=0.007Ma

若數(shù)字電流表的示值誤差不超過±7μA，按均勻分布估計，

若u（I1）的相對標(biāo)準不確定度估計95%，則自由度ν21=200。

測量重復(fù)性。計量標(biāo)準的重復(fù)性是指在相同測量條件下，對同一被測量進行多次測量，所得結(jié)果之間的一致程度。本文在相同條件下對壓力變送器進行3個循環(huán)的測量，輸出電流值不盡相同，取平均值作為測量結(jié)果，則標(biāo)準不確定度（A類）可用試驗標(biāo)準差來評估。

按規(guī)程要求，測量點不少于6個。每個測量點均有6個讀數(shù)，由此計算出試驗標(biāo)準偏差，取最大值。本例中的重復(fù)性誤差取S=4μA。由于u（I1）和u（I2）相互獨立，因此：

自由度ν1=69。

i為不確定度來源序號；xi為不確定度來源；ki為包含因子；u（xi）為標(biāo)準不確定度；Ci為靈敏系數(shù)；ui（y）為變送器輸出的標(biāo)準不確定度分量；vi為自由度。

（3）合成標(biāo)準不確定度。

（4）擴 展 不 確 定 度 的 評 定。取 包 含 因 子k=2，U=2×0.008=0.016mA。

（5）測量不確定度的報告。

本次測量的MPEV=（20-4）×0.5%=0.08mA。

總之，壓力變送器是將壓力變量轉(zhuǎn)換成可傳送的標(biāo)準輸出信號的儀表，其輸出信號和壓力變量間存在給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系（通常為線性函數(shù)），主要用于工業(yè)過程中壓力參數(shù)的測量及控制。測量精度關(guān)系到壓力源的穩(wěn)定性和標(biāo)準數(shù)字繁用表的測量精度[3]。