壓力(差壓)變送器計量標準

姚志強

(中國石油天然氣股份有限公司管道分公司，廊坊 065000)

0 引言

隨著工業(yè)測控技術(shù)要求和自動化水平的提高，智能型壓力(差壓)變送器在長距離輸油氣管道或其他行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣，為了適應(yīng)生產(chǎn)過程控制要求的不斷提高和企業(yè)完善計量檢測體系的要求，建立壓力(差壓)變送器計量標準裝置顯得尤為重要。

為滿足輸油企業(yè)內(nèi)測量范圍為-0.1～25MPa,準確度等級為0.2級及以下的壓力儀表的檢定需要，選用智能數(shù)字壓力校驗儀，建立了一套壓力(差壓)變送器計量標準裝置。

1 選用的計量標準器及主要配套設(shè)備

本計量標準裝置采用一組0.02級智能數(shù)字壓力校驗儀和數(shù)字直流電流表作標準器。根據(jù)現(xiàn)場儀表量程經(jīng)過計算選用了10塊智能數(shù)字壓力校驗儀，量程分別為-0.1～0，0～0.6，0～1，0～1.6，0～2.5，0～4，0～6，0～10，0～16，0～25MPa。智能數(shù)字壓力校驗儀集成了HART通訊功能，可對帶HART協(xié)議的智能壓力變送器進行校準、維護和故障診斷。為了達到《壓力變送器》中對密封性檢查的要求，選用了兩臺智能壓力發(fā)生器，壓力自動發(fā)生范圍氣體介質(zhì)為-95～600kPa，液體介質(zhì)為-0.04～0～60MPa，壓力控制波動度<0.005%FS，具有手動壓力泵無可比擬的壓力穩(wěn)定性。其他配套設(shè)備(絕緣電阻表、直流電阻箱)按規(guī)程要求配備。

2 計量標準的主要技術(shù)指標以及環(huán)境條件

測量范圍：-0.1～25MPa；總不確定度：U=7.45μA；檢定的重復(fù)性：si=3.8μA。溫度：(20±5)℃；相對濕度：55%RH；防振、防磁、防塵、室內(nèi)環(huán)境等符合規(guī)程要求。

3 壓力(差壓)變送器輸出電流示值誤差測量不確定度評定

3.1 測量依據(jù)

依據(jù)JJG 882—2004《壓力變送器》檢定規(guī)程。

3.2 被檢壓力變送器的規(guī)格

測量范圍:0～4MPa；準確度：0.2級；輸出信號:4～20mA。

3.3 選用的標準器

1)智能數(shù)字壓力校驗儀：型號ConST273；準確度等級為0.02級；測量范圍：0～4MPa。

2)直流電流表：型號ConST318；測量范圍: -30～30mA，最大允許誤差為±(0.01%RD+0.005%FS)。

3.4 測量過程

對被測對象在測量范圍內(nèi)采用直接比較法進行6個點的檢定。

選一臺穩(wěn)定的智能壓力變送器安裝在智能壓力發(fā)生器的被檢接口上，同時用智能數(shù)字壓力校驗儀監(jiān)測，并將其輸出部分與數(shù)字直流電流表正確連接，待充分預(yù)熱后開始校準。按照正常操作程序，通過調(diào)整相應(yīng)的壓力源加至檢定點，待穩(wěn)定后讀取壓力變送器的輸出值。

3.5 測量誤差數(shù)學(xué)模型和靈敏系數(shù)

壓力變送器測量誤差的數(shù)學(xué)模型為：

式中：ΔI為壓力變送器的輸出電流誤差，mA；I為壓力變送器的輸出電流實際值，mA；Im為壓力變送器的輸出量程，mA；p為壓力變送器的輸入壓力值，MPa；pm為壓力變送器的壓力輸入量程，MPa；I0為壓力變送器的輸出電流起始值，mA。

輸入壓力對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)為：

輸出電流對變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)為：

c2=?ΔI/?I= 1

3.6 測量不確定度來源

3.6.1 輸入量p的標準不確定度

1)p的標準不確定度的主要來源是智能數(shù)字壓力校驗儀的壓力測量示值誤差，最大誤差不超過0.8kPa，按均勻分布估計，則：

u(p1)的相對標準不確定度估計95%，則自由度ν1=200。

2)液柱差引入的不確定度分量u(p2)

檢定中智能數(shù)字壓力校驗儀和被檢表放在同一工作臺面上，則液柱差產(chǎn)生的測量誤差不考慮，液柱差引入的標準不確定度分量忽略不計，u(p2)≈0。

3)環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量u(p3)

由于檢定時控制環(huán)境溫度在(20±5)℃范圍內(nèi)，而智能數(shù)字壓力校驗儀壓力測量部分在(20±5)℃范圍內(nèi)進行了溫度補償和修正，因此，環(huán)境溫度的影響可以忽略，標準器受檢定環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量忽略不計，u(p3)≈0。

由于u(p1)、u(p2)和u(p3)相互獨立，因此:

ν(p)=ν1=200

3.6.2 輸入量I的標準不確定度

I的標準不確定度主要來源是數(shù)字直流電流表的示值誤差和測量重復(fù)性。環(huán)境溫度影響可忽略。

1)數(shù)字直流電流表的示值誤差不超過±5μA，環(huán)境溫度影響可忽略。按均勻分布估計，則:

u(I1)的相對標準不確定度估計95%，則自由度ν21=200。

2)測量重復(fù)性

對變送器進行三個循環(huán)的測量，在輸入相同的壓力下，輸出電流值不盡相同，取平均值作為測量結(jié)果。則標準不確定度(A類)可以用試驗標準偏差來評估。

按規(guī)程要求，測量點應(yīng)不少于6個，每個測量點均有6個讀數(shù)，由此計算出試驗標準偏差，取最大值。本裝置中s=3.8mA。

自由度ν22=5

由于u(I1)和u(I2)相互獨立，因此

將上述不確定度列于表1。

表1不確定度匯總

3.7 合成標準不確定度的計算

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

νeff取整為100。

3.8 擴展不確定度評定

合成標準不確定度接近正態(tài)分布。按置信概率95%估計，包含因子可以查t分布表得到k95=t95(100)=1.98，擴展不確定度為：

U95=k95×uc(ΔI)=7.45μA

4 計量標準的測量不確定度驗證

將0.2級0～4.0MPa的智能壓力變送器經(jīng)上一級的標準裝置檢定后，將其檢定結(jié)果與本裝置檢定結(jié)果進行比較，如表2所示。

表2裝置輸出比對

比對結(jié)果：因為上一級計量標準的擴展不確定度小于本裝置擴展不確定度的1/3，所以忽略上一級計量標準的擴展不確定度，兩者最大差值為3μA，小于本裝置擴展不確定度7.45μA，所以，此不確定度評定合格。

5 結(jié)束語

從表1可以看出，由標準器帶來的合成標準不確定度(不包括壓力變送器測量的重復(fù)性)uc(ΔI)為3.43μA，因此，檢定時由標準器帶來的擴展不確定度為：U95=1.98uc(ΔI)=6.79μA。

被檢壓力變送器示值最大允許誤差的絕對值為32μA，規(guī)程中要求檢定用標準及配套設(shè)備在檢定中引入的擴展不確定度U95應(yīng)不超過被檢壓力變送器允許誤差絕對值的1/4,即8μA，本裝置中U95為6.79μA，因此選用的標準器符合規(guī)程要求。

[1] 朱家良,屠立猛.JJG 882—2004 壓力變送器.北京：中國計量出版社，2004

[2] 丁躍清,鄧媛芳.JJF 1033—2008計量標準考核規(guī)范.北京：中國計量出版社，2008

[3] 李慎安,施昌彥,劉風(fēng).JJF 1059—1999測量不確定度評定與表示.北京：中國計量出版社，1999

[4] 孫希任.壓力測量不確定度評定.北京：中國計量出版社，2006

[5] 徐陪敏.壓力(差壓)變送器輸出電流示值誤差測量不確定度評定.計量技術(shù)，2008(6)：41-42