壓力變送器示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

1 概述

（1）測量方法：依據(jù)JJG882-2004《壓力變送器》。

（2）環(huán)境條件：溫度（20±5）℃；相對濕度45%～75%。

（3）測量標(biāo)準(zhǔn)

活塞式壓力計，測量范圍（0.1～200）MPa，其最大允許示值誤差為±0.005%。

數(shù)字多用表直流電壓檔，最大允許示值誤差為±（0.003%讀數(shù)+50μV）。

100Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，最大允許示值誤差±0.01%。

（4）被測對象：壓力變送器，測量上限到200MPa；電流輸出（4～20）mA；準(zhǔn)確度級別：0.05級及以下。

（5）測量過程

將壓力變送器與測量標(biāo)準(zhǔn)的輸入端連接，電流輸出端與數(shù)字多用表與標(biāo)準(zhǔn)電阻組合回路相連。在活塞上加上產(chǎn)生需要壓力的砝碼，使活塞升到工作位置，這時數(shù)字多用表的電壓擋顯示相應(yīng)的電壓輸出值，此電壓值與標(biāo)準(zhǔn)電阻的電阻值的比值即壓力變送器電流輸出值。以下評定過程是以一臺0.05級（0～16）MPa的壓力變送器為例。

2 建立數(shù)學(xué)模型，列出不確定度傳播律

2.1數(shù)學(xué)模型

變送器輸出電流測量的數(shù)學(xué)模式為：

[ΔI][=VR-（Impm?p+I0）]

式中：[ΔI]—變送器的輸出電流誤差；

[V]—變送器輸出電壓值；

[R]—標(biāo)準(zhǔn)電阻值，100Ω；

[Im]—變送器電流輸出量程；

[p]—變送器輸入壓力值；

[pm]—變送器壓力輸入量程；

[I0]—變送器輸出起始值。

2.2不確定度傳播律

[uc2][=c1?u（V）2+c1?u（p）2+c3?u（R）2]

2.3計算靈敏系數(shù)

輸入電壓對變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)為：

[c1][=?ΔI?V=0.01Ω-1]

輸入壓力對變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)為：

[c2][=?ΔI?p=-Impm=-1]mA/MPa

標(biāo)準(zhǔn)電阻對變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)為

[c3][=?ΔI?R=-vmR2=-0.2]mA/[Ω2]

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

3.1輸入量V的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（V）]的評定

輸入量[V]的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源有數(shù)字多用表的直流電壓擋示值誤差測量不確定度[u（V1）]和測量重復(fù)性[u（V2）]。環(huán)境溫度影響可忽略。

（1）數(shù)字多用表的直流電壓擋示值誤差測量不確定度[u（V1）]的評定

[u（V1）]的主要來源是數(shù)字多用表的直流電壓擋示值誤差，因此應(yīng)采用B類方法進(jìn)行評定。

數(shù)字多用表的直流電壓擋最大允許示值誤差為±（0.003%讀數(shù)+50μV），壓力變送器的輸出電流的最大值為20mA，在100Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻上電壓為2V，所以半寬度a=2V×0.003%+0.00005=0.00011V。在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，k=[3]，所以

[u（V1）=ak]=0.064mV

（2）測量重復(fù)性[u（V2）]的評定

本例在壓力變送器的最大壓力16MPa下對其相應(yīng)的輸出電壓進(jìn)行重復(fù)測量10次。

其標(biāo)準(zhǔn)差s=0.042mV

故[u（V2）]=0.042mV

3.2輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（p）]的評定

輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為0.005級活塞式壓力計，其最大允許示值誤差為±0.005%，所以半寬度為：

a=（0.005%×16MPa）=0.0008MPa

在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，k=[3]，所以：

[u（p）=ak]=0.0046MPa

3.3輸入量[R]的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（R）]的評定

輸入量[R]的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為0.01級標(biāo)準(zhǔn)電阻，其最大允許示值誤差±0.01%，所以半寬度為：

a=（0.01%×100Ω）=0.01Ω

在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，k=[3]，所以：

[u（R）=ak]=0.006[Ω]

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[uc]的評定

因各輸入量彼此獨(dú)立，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[uc]為：

[uc=c1?u（V）2+c2?u（p）2+c3?u（R）2]=0.0015mA

6 擴(kuò)展不確定度的確定

取k=2，于是擴(kuò)展不確定度為：

[U]=0.0015×2=0.003mA

7 對壓力變送器示值誤差測量結(jié)果的測量不確定度評定

（1）根據(jù)規(guī)程的規(guī)定，常規(guī)校準(zhǔn)應(yīng)對壓力變送器的輸出電流4mA、8mA、12mA、16mA、20mA共5個點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。其測量不確定度見下表：

（2）0.005級活塞式壓力計標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量范圍為（0.1～200）MPa，由于在此范圍內(nèi)上述三個分量基本相同，因此對（0.1～200）MPa測量范圍內(nèi)的測量不確定度評定如下表：

8 校準(zhǔn)和測量能力（CMC）

0.05級的壓力變送器是使用0.005級活塞式壓力計標(biāo)準(zhǔn)裝置（測量范圍（0.1～200）MPa）能找到可校準(zhǔn)的最佳被校壓力變送器，因此該項目的CMC為：測量范圍在（0.1～200）MPa，輸出為（4～20）mA時，[U]=（0.0012～0.0030）mA，k=2。