智能壓力變送器示值誤差的測量不確定度評定

摘 要 當(dāng)前國家能源戰(zhàn)略，對能源計量提出了較高要求。壓力變送器作為重要的熱工儀表，廣泛應(yīng)用于氣體流量計量，在民用供暖、工業(yè)用熱方面發(fā)揮著突出作用。鑒于壓力變送器在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，本文將按照J(rèn)JG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》的要求，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，使用直接比較法，在環(huán)境溫度為23℃、濕度為50%RH條件下對準(zhǔn)確度等級為0.5級的智能電動壓力變送器進行測量不確定度評定。

關(guān)鍵詞 壓力變送器；示值誤差；測量不確定度評定

中圖分類號 TM9 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0121-01

1 數(shù)學(xué)模型的建立

數(shù)學(xué)模型 ：

靈敏系數(shù)：

式中：ΔI—壓力變送器的輸出電流示值誤差，mA；I—壓力變送器的輸出電流示值，mA；Im—壓力變送器的電流輸出量程，mA；I0—壓力變送器的電流輸出起始值，mA；P—壓力變送器的輸入壓力值，Pa；Pm—壓力變送器的壓力輸入量程，Pa。

2 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

2.1 輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

壓力校準(zhǔn)的示值誤差引入的不確定度：

該不確定度是來源于標(biāo)準(zhǔn)壓力模塊壓力測量的準(zhǔn)確度等級為0.05級，采用B類方法進行評定，測量的最大允許誤差為±0.05%FS，標(biāo)準(zhǔn)壓力模塊的最大輸出壓力為2.5 MPa，則區(qū)間半寬度為α=0.00125MPa，遵從均勻分布，包含因子，則不確

定度為估計相對不確定度為5%，

則自由度ν（P）=200。

2.2 輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

1）電流測量的示值誤差引入的不確定度

該不確定度分量的主要來源是智能數(shù)字壓力校驗儀的電流測量最大示值誤差，采用B類方法進行評定，其誤差為±（0.02%讀數(shù)±0.003%量程），數(shù)字壓力校驗儀的測量范圍為（0-2.5）MPa，壓力變送器的最大輸出電流為20 mA，則區(qū)間半寬度為α=0.0047mA，遵從均勻分布，包含因子，則不確定度為

，估計相對不確定度為5%，

則自由度ν1（I）=200。

2）數(shù)值修約導(dǎo)致的不確定度

在對壓力變送器進行計量檢定時，判斷壓力變送器是否合格應(yīng)以修約后的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，因此，數(shù)值修約會產(chǎn)生不確定度，評定需考慮此不確定度分量。根據(jù)JJG882-2004，小數(shù)點后保留的位數(shù)應(yīng)以舍入誤差小于壓力變送器最大允許誤差的

～為限。按照規(guī)程這里要檢定的0.5級電動壓力變送器的

最大允許誤差為±0.08 mA，則分散區(qū)間半寬度為α=0.0005mA，在此區(qū)間服從均勻分布包含因子，則不確定度為

估計相對不確定度為5%，則自

由度ν2（I）=200。

3）壓力變送器輸出電流的測量重復(fù)性引入的不確定度

該不確定度可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進行評定。在規(guī)程規(guī)定的條件下，在環(huán)境溫度為23℃，相對濕度為50%RH的條件下，選取五臺性能穩(wěn)定的同種類型壓力變送器，分別在0.00 MPa，0.40 MPa，0.80 MPa，1.20 MPa，1.60 MPa五個點，在重復(fù)性條件下，對其輸出電流各進行10次獨立測量。得到測量列以檢定點為例，如表1所示。

用JJF1059-1999 中公式9計算在0.00 MPa點的測量結(jié)果的重復(fù)性實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差。單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差為

因為用公式9計算的實驗標(biāo)

準(zhǔn)差只能說明0.00 MPa檢定點重復(fù)性測量對該點的不確定度的貢獻，不能代表其它檢定點的情況，為了表示多個檢定點實驗結(jié)果的A類不確定，用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差來計算在重復(fù)性條件多個檢定點一次測量結(jié)果的實驗標(biāo)準(zhǔn)差更為科學(xué)、合理。對其它檢定點按照公式9計算單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差，共得五組計算結(jié)果，單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差為S1=0.0007mA，S2=0.0007mA，S3=0.0055mA，S4=0.0011mA，S5=0.0008mA。所以，合成樣本標(biāo)準(zhǔn)差為

。實際測量情況，在重復(fù)性測量條件下

測量2次，以2次的測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果，由此可得到由重

復(fù)性引起的測量不確定度為，其自由度為

ν3（I）=m×（n-1）=45。

4）輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互相獨立，輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

，有效自由度為。

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總及擴展不確定度的評定

由于u（I）和u（P）相互獨立，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為根據(jù)韋爾齊—薩特思韋特公式，有效自由度為

4 擴展不確定度評定

取置信概率p=95%，有效自由度νeff=328，將有效自由度近似取整為100，查表得包含因子kp=1.98。擴展不確定度U95=kp·uc=1.98×0.008mA=0.016mA。

5 測量不確定度的報告與表示

在規(guī)程規(guī)定的條件下，測量范圍為（0-1.6）MPa的0.5級JH20D型智能壓力變送器測量結(jié)果示值誤差的擴展不確定度為U95=0.016mA，kp=1.98有效自由度νeff=328。按照J(rèn)JG882-2004要求，包括整個檢定設(shè)備在內(nèi)檢定時引入的擴展不確定度（MPEV測量儀表最大允許示值誤差的絕對值），0.5

級壓力變送器MPEV=0.5%×16mA=0.080mA，U95/MPEV=0.2，此值小于，則檢定可行。

參考文獻

[1]JJG882-2004，壓力變送器檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].