壓力變送器示值誤差測量不確定度評定

【摘要】 本文主要依據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》及JJG882-2019《壓力變送器》對壓力變送器示值誤差測量結果不確定度進行評定。文中詳細介紹了壓力變送器示值誤差測量結果不確定度評定方法，并給出了擴展不確定度。

【關鍵詞】 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準信號的壓力傳感器，是一種遭受壓力變量，經傳感轉換后，將壓力更換量按照一定比例轉換為規范輸入信號的儀表。由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路與過程鄰接件三個部分打造而成，它能將測壓元件傳感器感觸到的氣體、液體等物理壓力參數轉變為規范的電信號，以供應批示報警儀、記錄儀、調理器等二次儀表進行測量、批示與過程調節。將壓力變送器與丈量標準的輸入端毗鄰，電流輸出端與數字多用表與標準電阻組合回路相連。在活塞上加上發生重要壓力的砝碼，使活塞升到工作位置，這時數字多用表的電壓檔透露表現相應的電壓輸出值，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。以下評定不確定度以一臺0.1級，16 MPa的壓力變送器為例。

1 概述

1.1 測量依據

依據JJG 882-2019《壓力變送器》檢定規程。

1.2 測量標準

采用0.005級的活塞式壓力計 ;數字多用表直流電壓檔，最大允許示值誤差為±0.003%讀數+50 μV;100 Ω標準電阻，最大允許示值誤差±0.01%。

1.3 被測對象

（0～16） MPa，測量準確度等級0.1級。

1.4 測量環境

（20±5） ℃，每10 min變化不大于1 ℃。

相對濕度：≤80%。

2 建立測量模型，列出不確定度傳播率

2.1 測量模型

[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——標準電阻值，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

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

[c1=ΔIV=0.01] Ω-1

[c2=ΔIp=-Impm=-1] [mA/MPa]

[c3=ΔIR=-VmR2=-0.2] [mV/Ω2]

式中：[c1]——輸入電壓對變送器輸出誤差的靈敏系數;

[c2]——輸入壓力對變送器輸出誤差的靈敏系數;

[c3]——標準電阻對變送器輸出誤差的靈敏系數。

3 輸入量的標準不確定評定

3.1 輸入量V的標準不確定度[u（V）]的評定

輸入量V的標準不確定度來源有數字多用表的直流電壓擋示值誤差測量不確定度[u（V1）]，采用B類標準不確定度進行評定;測量重復性[u（V2）]，采用A類標準不確定度方法進行評定，壓力變送器分辨力所引起的不確定度影響小，故不作考慮。環境溫度影響也可忽略。

3.1.1 數字多用表的測量不確定度[u（V1）]的評定

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

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

[u（V1）=ak=0.064] mV

3.1.2 測量重復性[u（V2）]的評定

對一臺0.1級，16 MPa的壓力變送器進行測量輸出電壓進行重復測量10次，數值分別為：2.0002、2.0003、2.0003、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002（V）。

測量的實驗標準偏差為：

[s（V2）=0.042] mV

故：

[u（V2）=s（V2）=0.042] mV

3.2 輸入量p的標準不確定度[u（p）]的評定

輸入量p的標準不確定度[u（p）]主要由活塞式壓力計標準裝置的誤差引起的，采用B類方法評定。

活塞式壓力計準確度等級為0.005級，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的標準不確定度[u（R）]的評定

輸入量R的標準不確定度的主要來源為標準電阻。標準電阻，最大允許示值誤差±0.01%，其半寬度為：

a=（0.01%×100 Ω）=0.01 Ω

在區間內可認為服從均勻分布，[k=3]，所以：

[u（R）=ak=0.0058] Ω

4 標準不確定度的合成

靈敏系數、標準器和重復性帶標準不確定度分量的具體結果見表1。

由表1結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 相對擴展不確定度的評定

輸出為20 mA時，取包含因子k=2，則：

[U（y）=kuc（y）=0.003] mA

其相對擴展不確定度為Urel=0.019%，k=2。

6 結論

本文通過具體實例，對壓力變送器示值誤差的不確定度進行全過程評定，直觀反映了對壓力變送器的結果存在影響的相關因素。同時，此不確定度評定方法同樣適用于其他準確度等級的被測壓力變送器進行測量時的不確定度評定。

【參考文獻】

[1] 壓力變送器：JJG 882-2019[S].

[2] 測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1-2012[S].

[3] 通用計量術語及定義：JJF 1001-2011[S].

【作者簡介】

孟一喆（1993-），男，助理工程師，學士，研究方向為壓力計量。