PPC3數字壓力計標準裝置檢定電流輸出壓力變送器能力分析

經驗人：高 穎 謝 靜 趙雅欣 馬永利

PPC3數字壓力計標準裝置檢定電流輸出壓力變送器能力分析

經驗人：高 穎 謝 靜 趙雅欣 馬永利

本文詳細分析了PPC3數字壓力計標準裝置（-15～15）kPa范圍檢定電流信號輸出壓力變送器的量傳能力，通過分析，確定了PPC3數字壓力計標準裝置（-15～15）kPa范圍實際能夠檢定的電流輸出壓力變送器的準確度等級及有效量程范圍。

JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》中對檢定壓力變送器的標準設備作了明確的要求：成套后的標準器，包括整個檢定設備在內，檢定變送器時引入的擴展不確定度U95應不超過被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/4；對于0.1級和0.05級被檢壓力變送器，由此引入的U95應不超過被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/3。

由此可見，在進行壓力變送器的檢定時，首先需要評估成套之后的標準裝置的量傳能力，只有當成套后的標準裝置與被檢壓力變送器滿足規程規定的量傳關系比時，才能有效確保數據和結論的準確可靠。這一點，對微差壓壓力變送器而言，顯得尤為重要，否則，不合理的量傳關系比，將會使測量數據和結論失去意義。

本文詳細分析了利用PPC3數字壓力計標準裝置主標準器中一只±15kPa壓力模塊檢定電流輸出壓力變送器的量傳能力，通過分析，確定了PPC3數字壓力計標準裝置該量程范圍實際能夠檢定的電流輸出壓力變送器的準確度等級及有效量程范圍。

標準裝置簡介

本套標準裝置主要由美國DHI公司生產的PPC3數字壓力控制/校準器、美國KEITHLEY公司生產的2001型數字多用表及Agilent公司生產的E3649A直流穩壓電源組成。

其中，主標準器PPC3數字壓力控制/校準器是美國DHI公司生產的第三代數字壓力控制/校準器，其采用了石英諧振參考壓力傳感器（Q-RPT）模塊，它具有控制精度高、性能穩定、界面簡潔、操作方面等特點。

每一臺PPC3數字壓力控制/校準器設備中，內置兩個石英參考壓力模塊。在autorange 模式下，其可以任意設置量程，并通過量程設定無限細分石英諧振參考壓力模塊，從而更好的保證測量精度。

PPC3數字壓力計標準裝置檢定電流輸出壓力變送器能力分析

壓力變送器測量誤差的數學模型和靈敏系數

壓力變送器測量誤差的數學模型為：

式中：ΔI —壓力變送器的輸出誤差，mA；

I —壓力變送器輸出電流值，mA；

Im—壓力變送器輸出量程，mA；

P —壓力變送器輸入壓力值，Pa；

Pm—壓力變送器輸入量程，Pa；

I0—壓力變送器輸出起始值，mA。

輸入壓力對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數為：

輸出電流對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數為：

標準裝置引入的測量不確定度分析

輸入量P引入的標準不確定度u（P）

輸入量P引入的標準不確定度主要來源于數字壓力控制/校準器。PPC3數字壓力控制/校準器差壓±15kPa量程的準確度等級為±0.01％FS，其最大示值允許誤差△=±3Pa，區間半寬α=3Pa，按均勻分布估計，

估計u（P）的可靠程度為95％，計算其自由度ν1：

表1　不確定度匯總及對照分析表

直流電流表引入的標準不確定度u（I）

電流輸出壓力變送器的理論輸出電流為（4～20）mA，使用2001型數字多用表測量變送器的輸出電流時，數字多用表20 mA檔的示值誤差△=±（0.04％ of rdg+0.002％ of range）。在壓力變送器輸出20mA時，數字多用表引入的示值誤差為最大值，即最大示值誤差△=±8.4μA，區間半寬α=8.4μA，按均勻分布估計，包含因子則u（I）為：

估計u（I）的可靠程度為95％，計算其自由度ν2：

合成標準不確定度uc

由于u（P）和u（I）彼此相互獨立，因此合成標準不確定度uc及有效自由度νeff分別為：

能力評估實例分析

假設計劃用該套標準裝置±15kPa壓力模塊對兩只準確度等級均為0.5級、測量范圍分別為（0～3）kPa和（0～4）kPa的壓力變送器進行檢定，計算量傳關系比是否滿足檢定規程要求。計算過程及結果見表1。

由表1可以看出，這兩只壓力變送器的有效自由度νeff均大于100，取整為100，查t 分布表可知，因此：

對于0.5級（0～3）kPa壓力變送器：

對于0.5級（0～4）kPa壓力變送器：

從表1可以看出，uc隨著壓力變送器量程范圍的增大而減小，因此該套標準裝置±15kPa壓力模塊可以檢定準確度等級為0.5級且量程范圍不小于4 kPa的壓力變送器。

結論及問題的解決方案

通過以上分析，我們確定出了該套PPC3數字壓力計標準裝置（-15～15）kPa范圍可以檢定的電流輸出壓力變送器的準確度等級及與之對應的有效范圍，從確定的結果可以看出，對于準確度為0.5級且量程低于4 kPa的壓力變送器和準確度等級為0.2級且量程在（-15～15）kPa范圍內的壓力變送器，該套標準裝置都不能滿足檢定量傳關系比，為了解決該問題，建議：

（1）可以采用提高標準裝置（包括數字壓力控制/校準器及數字多用表）的準確度等級來解決該問題，但該方案的費用較高。

（2）可以采用在線路里串聯高精度標準電阻，并選用合適的數字多用表的電壓檔測量標準電阻兩端電壓，再通過計算得到變送器的輸出電流。該方法比較經濟，但同樣需要重新評估所搭建的新系統的擴展不確定度U95。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.048