Question

【压力变送器示值误差的不确定度评定】 压力变送器不确定度规程

Answer 1

　　摘?要 随着社会的进步、科技的发展、贸易的需要，要求检测需合理地考虑测量过程中各种因素对测量结果的影响，合理地表征测量品质的优劣，这就引入了反应测量品质的测量结果不确定度。本文对压力变送器示值误差的不确定度进行评定。
　　关键词 压力变送器；示值误差；不确定度
　　中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0184-02
　　1 概述
　　1.1 测量方法
　　将压力变送器与测量标准相连，电流输出端与1281数表电流端相连。在与变送器相连的活塞上加相应的产生压力的砝码，这时1281数表显示相应的电流输出值。
　　1.2 测量依据
　　JJG882-2004《压力变送器检定规程》。
　　1.3 环境条件
　　温度（20±5）℃，温度波动每10min变化不大于1℃；相对湿度：45%～75%。
　　1.4 测量标准
　　标准活塞式压力计，准确度等级：±0.02%。
　　1.5 测量对象
　　压力变送器。压力范围：（-0.1～250）MPa；电流输出：（4～20）mA；准确度级：0.0075级、0.1级、0.2级、0.5级。
　　2 数学模型
　　压力变送器示值误差的数学模型为：
　　（1）
　　式中：ΔI—变送器的示值误差，mA；
　　Im—变送器输出电流值，mA；
　　IF—变送器电流输出量程，mA；
　　pF—变送器压力输入量程，MPa；
　　ps—活塞压力计标准压力值，MPa；
　　I0—变送器输出起始值，mA。
　　3 不确定度来源
　　被测压力变送器示值标准不确定度u(Im)
　　①压力变送器电流输出值多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(ΔIi)。
　　②1281数字多用表的示值误差引入的标准的不确定度分量u(I1)。
　　③1281数字多用表电流档的温度影响引起的标准不确定度u(I2)。
　　活塞压力计示值误差引入的标准不确定度u(ps)
　　①标准活塞压力计的准确度引起的不确定度分量u1(ps)。
　　②标准活塞压力计的活塞下端面与压力变送器感压面位置差引入的标准不确定度分量u2(ps)。
　　4 标准不确定度分量的评定
　　1）压力变送器电流输出值多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(ΔIi)。
　　在整个压力量程范围内均匀选取5个压力点，进行了3个循环的检定，其检定数据见表1。
　　根据检定数据，示值误差及由示值重复性引入的标准不确定度分量见表2。
　　MPa
　　自由度：l(2m-1)=5×(2×3-1)=25
　　不确定度类型：A类
　　概率分布：正态分布
　　2）1281数字多用表的示值误差引入的标准的不确定度分量u(I1)。
　　由说明书知，1281数表直流电流档100 mA的误差为±（0.01%RD+0.002%FS），在评定时取示值误差的最大值，压力变送器的输出电流的最大值为20 mA，则由数表所引入的标准不确定度为：
　　u(I)=(20×0.01%+100×0.002%)/2=0.002mA
　　不确定度类型：B类
　　概率分布：正态分布
　　3）1281数表电流档的温度影响引起的标准不确定度u(I2)。
　　由说明书知，1281数表电流档的温度影响为±1×10-5mA/℃，当实验室温度偏离工作温度2℃时，a=2×1×10-5=2×10-5 mA，包含因子k=，则温度影响引入的不确定度分量u(I2)为：
　　u(I2)=a/k=0.000012 mA
　　不确定度类型：B类
　　概率分布：均匀分布
　　4）标准活塞压力计的准确度引起的不确定度分量u1(ps)。
　　由标准活塞压力计的检定证书知，标准活塞压力计的准确度等级为0.02级，检定上限为500 kPa的压力变送器时，其最大允许误差为±0.02%×500=±0.1kPa，即半宽度最大值a=0.1 kPa，包含因子k=2，则标准活塞压力计所引入的不确定度分量u1(ps)为：
　　u1(ps)=a/2=0.05 kPa
　　不确定度类型：B类
　　概率分布：正态分布
　　5）标准活塞压力计的活塞下端面与压力变送器感压面位置差引入的标准不确定度分量u2(ps)
　　u2(ps)=ρgΔh/ （2）
　　介质为氮气，可以认为氮气介质的密度与压力近似成正比，氮气最大密度产生在检定压力点500 kPa时，通常情况下，氮气密度大致为1.25 kg/m3，则在检定压力点500 kPa时，氮气密度为7.5 kg/m3。检定前调整活塞压力计与压力变送器感压而位置，使其高度差不超过5 mm，按均匀分布处理，则
　　u2(ps)=7.5×9.7944×0.05/=0.00021 kPa
　　u2(ps)的自由度。
　　不确定度类型：B类
　　概率分布：均匀分布
　　5 合成标准不确定度的评定
　　由于被测压力变送器示值标准不确定度和活塞压力计示值是相互独立的，根据不确定度传播定律，压力变送器示值误差合成标准不确定度为：
　　（3）
　　由数学模型可得灵敏系数，
　　mA/kPa代入式（3）中，得
　　5.1 标准不确定度汇总表
　　5.2 合成标准不确定度
　　综上所述，合成标准不确定度为
　　mA
　　6 扩展不确定度
　　取k=2，扩展不确定度：U=kuc(ΔI )=0.0052 mA
　　表示成相对扩展不确定度：Urel=0.033%
　　7 校准和测量能力（CMC）
　　压力变送器是使用0.02级活塞式压力计可校准的最佳被测压力变送器，因此该项目的CMC为：（-0.1～250）MPa，U=0.0052 mA，k=2或Urel=0.033%，k=2。
　　参考文献
　　[1]王英.旋光仪测量结果不确定度的评定[J].计量与测试技术,2007,02.
　　[2]新蕾.基于CAN总线的水压流量测量系统设计及数据处理[D].中北大学,2011.