壓力變送器電流輸出測量結果不確定度

摘要:壓力變送器通過測壓元件傳感器將壓力參數按照一-定的規律轉變成方便使用的標準電信號4~20mA和0~10mA(或1~5V)等直流電信號，廣泛應用于企業、工業設備儀器所進行必要的遠程智能監控及操控，節省人力物力，提高工作效率，保障生產安全。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JJG882-2019《壓力變送器》檢定規程，使用0.02級現場全自動壓力校驗儀對壓力變送器進行檢定，從測量儀器、測量過程等方面進行闡述，對其測量結果的不確定度進行分析與評定。
1概述
1.1測量依據
　　JJG882--2019《壓力變送器》檢定規程，JJF1059--2012《測量不確定度評定與表示》。
1.2環境條件
　　溫度22.2℃，每10min變化≤l9C;相對濕.度:45%。
1.3測量標準
　　壓力量程為0~4MPa，電流量程為0~22mA.的0.02級現場全自動壓力校驗儀。
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驗室檢定環境條件至少2h以上，使其充分適應實驗室環境。將壓力變送器通電預熱30min后，安裝在現場全自動壓力校驗儀連接臺上，保證壓力變送器和全自動壓力校驗儀工作位置處在同一水平面上，然后用導線連接壓力變送器同標準器進行HART通訊，并使用全自動壓力校驗儀的檢定壓力變送器功能模式進行測量檢定。
2測量模型
 
 
　　式中:△I為壓力變送器各檢定點的示值誤差，mA;I為壓力變送器正行程或反行程各檢定點的實際輸出值，mA;Im為壓力變送器電流輸出量程，16mA;p為標準器輸入壓力值，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為標準器與壓力變送器的受壓點不在同一高度產生的壓力差，Pa;(標準器和被檢高度在同一水平面，即△p為0)。
3靈敏系數
　　壓力對測量模型輸出量的靈敏系數為:
 
電流對測量模型輸出量的靈敏系數為:
 
4測量不確定度來源及評定
4.1輸入量p的標準不確定度u(p)
　　依據檢定證書，現場全自動壓力校驗儀的測量范圍為0~4MPa，精度等級為0.02級，最大允許誤差為△=±0.02%x4MPa=±0.0008MPa，環境溫度影響可以忽略不計。
按均勻分布估計，則
 
4.2輸入量I的標準不確定度
　　主要來源是現場全自動壓力校驗儀直流電流輸出檔的不確定度和測量重復性，環境溫度影響可以忽略。
(1)由上級證書可知，現場全自動壓力校驗儀直流電流輸出檔的不確定度為:
u(I1)=0.0005mA
(2)測量重復性
　　按規程要求，0.5級壓力變送器測量點應不少于5個。每個測量點測量10次，由此計算出實驗S標準偏差，并根據公式分別計算出各10點u(l2)。具體數值見表1，u(l2)取5個測量點中的最大值。
 
　　由于u(I1)和u(I2)相互獨立，綜上可得全自動壓力校驗儀電流檔輸入量I的標準不確定度
 
4.3合成標準不確定度
　　由于u(p)和u(I)彼此相互獨立，因此合成標準不確定度ue(△I)為:
 
4.4擴展不確定度
　　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標準器組擴展不確定度U的確定
　　現場全自動壓力校驗儀屬于多功能標準器，涵蓋壓力、電流、電壓測量于一體。在進行不確定度評定時，只需考慮全自動壓力校驗儀壓力測量誤差所引入的標準不確定度u(p)、電流測量誤差所引入的標準不確定度u(I1)，前文u(I2)為被檢重復性所帶來的不確定度分量，此處不需引用。計量標準器為現場全自動壓力校驗儀，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標準不確定度不相關，其合成標準不確定度為:
 
則標準器組擴展不確定度為:
U=k×uc=2×0.0074=0.015mA(k=2)
　　因為按照規程要求，標準器組在檢定時引入的擴展不確定度U應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
　　所以所用的標準器符合規程7.1.1的要求。
5結束語
　　通過對0.5級壓力變送器電流輸出的測量結果不確定度分析與評定過程，所述標準器滿足在現場或實驗室對0.5級壓力變送器進行檢定或校準的需要，證實了實驗數據的正確可靠及檢定壓力變送器的測量能力，為當下企事業生產活動提供計量技術參考。