壓力變送器示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定

【摘要】 本文主要依據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》及JJG882-2019《壓力變送器》對(duì)壓力變送器示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)定。文中詳細(xì)介紹了壓力變送器示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定方法，并給出了擴(kuò)展不確定度。

【關(guān)鍵詞】 壓力變送器;電壓;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.023

Evaluation of Uncertainty of Value Error Measurement for Pressure Transmitter

MENG Yi-zhe

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： This paper is mainly based on JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement and JJG 882-2019 Pressure Transmitter evaluates the uncertainty of value error measurement result of pressure transmitter. In this paper，the uncertainty evaluation method of the error measurement results of the pressure transmitter is introduced in detail，and the extended uncertainty is given.

Key words： pressure transmitter;voltage;uncertainty

壓力變送器是指以輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的壓力傳感器，是一種遭受壓力變量，經(jīng)傳感轉(zhuǎn)換后，將壓力更換量按照一定比例轉(zhuǎn)換為規(guī)范輸入信號(hào)的儀表。由測(cè)壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測(cè)量電路與過程鄰接件三個(gè)部分打造而成，它能將測(cè)壓元件傳感器感觸到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)范的電信號(hào)，以供應(yīng)批示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)理器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、批示與過程調(diào)節(jié)。將壓力變送器與丈量標(biāo)準(zhǔn)的輸入端毗鄰，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。在活塞上加上發(fā)生重要壓力的砝碼，使活塞升到工作位置，這時(shí)數(shù)字多用表的電壓檔透露表現(xiàn)相應(yīng)的電壓輸出值，此電壓值與尺度電阻的電阻值的比值即壓力變送器電流輸入值。以下評(píng)定不確定度以一臺(tái)0.1級(jí)，16 MPa的壓力變送器為例。

1 概述

1.1 測(cè)量依據(jù)

依據(jù)JJG 882-2019《壓力變送器》檢定規(guī)程。

1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

采用0.005級(jí)的活塞式壓力計(jì) ;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)+50 μV;100 Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，最大允許示值誤差±0.01%。

1.3 被測(cè)對(duì)象

（0～16） MPa，測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)0.1級(jí)。

1.4 測(cè)量環(huán)境

（20±5） ℃，每10 min變化不大于1 ℃。

相對(duì)濕度：≤80%。

2 建立測(cè)量模型，列出不確定度傳播率

2.1 測(cè)量模型

[ΔI=VR-（Impm?p+I0）]

式中：[ΔI]——壓力變送器的輸出電流誤差;

V——壓力變送器輸出電壓值;

R——標(biāo)準(zhǔn)電阻值，100 Ω;

[Im]——壓力變送器電流輸出量程;

p——壓力變送器輸入壓力值;

[pm]——壓力變送器壓力輸入量程;

[I0]——壓力變送器輸出起始值。

2.2 方差和靈敏系數(shù)

2.2.1 方差

[uc2（y）=c1?u（V）2+c2?u（p）2+c3?u（R）2]

2.2.2 靈敏系數(shù)

[c1=ΔIV=0.01] Ω-1

[c2=ΔIp=-Impm=-1] [mA/MPa]

[c3=ΔIR=-VmR2=-0.2] [mV/Ω2]

式中：[c1]——輸入電壓對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù);

[c2]——輸入壓力對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù);

[c3]——標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)。

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定評(píng)定

3.1 輸入量V的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（V）]的評(píng)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(cè)量不確定度[u（V1）]，采用B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定;測(cè)量重復(fù)性[u（V2）]，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，壓力變送器分辨力所引起的不確定度影響小，故不作考慮。環(huán)境溫度影響也可忽略。

3.1.1 數(shù)字多用表的測(cè)量不確定度[u（V1）]的評(píng)定

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

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

[u（V1）=ak=0.064] mV

3.1.2 測(cè)量重復(fù)性[u（V2）]的評(píng)定

對(duì)一臺(tái)0.1級(jí)，16 MPa的壓力變送器進(jìn)行測(cè)量輸出電壓進(jìn)行重復(fù)測(cè)量10次，數(shù)值分別為：2.0002、2.0003、2.0003、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002（V）。

測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

[s（V2）=0.042] mV

故：

[u（V2）=s（V2）=0.042] mV

3.2 輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（p）]的評(píng)定

輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（p）]主要由活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差引起的，采用B類方法評(píng)定。

活塞式壓力計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.005級(jí)，其最大允許示值誤差為±0.005%，其半寬度為：

a=（0.005%×1.6 MPa）=0.0008 MPa

在此區(qū)間服從均勻分布，[k=3]，所以：

[u（p）=ak=0.00046] MPa

3.3 輸入量R的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（R）]的評(píng)定

輸入量R的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為標(biāo)準(zhǔn)電阻。標(biāo)準(zhǔn)電阻，最大允許示值誤差±0.01%，其半寬度為：

a=（0.01%×100 Ω）=0.01 Ω

在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，[k=3]，所以：

[u（R）=ak=0.0058] Ω

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

靈敏系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)器和重復(fù)性帶標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的具體結(jié)果見表1。

由表1結(jié)果求得合成不確定度為：

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

5 相對(duì)擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

輸出為20 mA時(shí)，取包含因子k=2，則：

[U（y）=kuc（y）=0.003] mA

其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.019%，k=2。

6 結(jié)論

本文通過具體實(shí)例，對(duì)壓力變送器示值誤差的不確定度進(jìn)行全過程評(píng)定，直觀反映了對(duì)壓力變送器的結(jié)果存在影響的相關(guān)因素。同時(shí)，此不確定度評(píng)定方法同樣適用于其他準(zhǔn)確度等級(jí)的被測(cè)壓力變送器進(jìn)行測(cè)量時(shí)的不確定度評(píng)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 壓力變送器：JJG 882-2019[S].

[2] 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1-2012[S].

[3] 通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義：JJF 1001-2011[S].

【作者簡(jiǎn)介】

孟一喆（1993-），男，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)閴毫τ?jì)量。