壓力變送器測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定實(shí)例

蘇　華，王松輝，李　蓓

西北工業(yè)集團(tuán)有限公司

壓力變送器測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定實(shí)例

蘇華，王松輝，李蓓

西北工業(yè)集團(tuán)有限公司

壓力變送器是壓力測(cè)量一次元件，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，本文對(duì)一臺(tái)壓力變送器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定。

壓力變送器；測(cè)量模型；靈敏系數(shù)；不確定度

一、概述

1.測(cè)量依據(jù)

JJG882-2004壓力變送器檢定規(guī)程。

2.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

①0.05級(jí)活塞式壓力計(jì)，測(cè)量范圍（1～60）MPa；

②0.01級(jí)過(guò)程校驗(yàn)儀，測(cè)量范圍（0～30）mA。

3.測(cè)量對(duì)象

壓力變送器，規(guī)格型號(hào)：3051，出廠編號(hào)：6659909，準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)，測(cè)量范圍：（0～10）MPa，供電電壓：24VDC，輸出電流：（4～20）mA。

二、測(cè)量模型

1.電流測(cè)量模型

式中：ΔI——變送器的輸出電流誤差，mA；

I——過(guò)程校驗(yàn)儀的電流讀數(shù)值，mA；

Im——變送器的電流輸出量程，mA；

Pm——變送器的壓力輸入量程，MPa；

P——變送器的輸入壓力值，MPa；

ΔP——標(biāo)準(zhǔn)器與變送器的受壓點(diǎn)不在同一高度時(shí)產(chǎn)生的壓力差，Pa；

當(dāng)傳壓介質(zhì)為液體時(shí)，ΔP=ρ·g·Δh；

ρ，傳壓介質(zhì)的密度，kg/m3；

g，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，m/s2；

△h，標(biāo)準(zhǔn)器與變送器受壓點(diǎn)的高度差，m；

I0——變送器的電流起始值，mA；

在上述模型中，Im、Pm、I0是已知常數(shù)，環(huán)境溫度影響可忽略，因此輸入量為I、P、△P。

2.靈敏系數(shù)

三、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

1.輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）

1.1重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（I）

對(duì)壓力變送器進(jìn)行三個(gè)循環(huán)的測(cè)量，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。因測(cè)量次數(shù)為n=6次，故采用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度，極差系數(shù)C=2.53，則

在不同的測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

測(cè)量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí)，極差R依次為0.002 mA、0.001 mA、0.004 mA、0.002 mA、0.003 mA、0.002 mA；計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（I）依次為：0.0003 mA、0.0002 mA、0.0007 mA、0.0003 mA、0.0005 mA、0.0003 mA.

1.2過(guò)程校驗(yàn)儀允差誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（）I

由過(guò)程校驗(yàn)儀使用手冊(cè)可知，其電流測(cè)量的最大允許誤差±Δ=±（0.010%RD+0.015%FS），RD為過(guò)程校驗(yàn)儀的讀數(shù)，F(xiàn)S為過(guò)程校驗(yàn)儀的量程。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，區(qū)間半寬a=Δ，置信因子

在不同的測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

測(cè)量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí)，電流讀數(shù)依次為：3.995 mA、7.198 mA、10.399 mA、13.603 mA、 16.804 mA、20.006 mA；可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（I）依次為：0.0028 mA、0.0030 mA、0.0032 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

稻田水中的噬菌體消長(zhǎng)與病菌的消長(zhǎng)是一致的，即病菌開(kāi)始繁殖增加，噬菌體也隨之上升，病菌數(shù)量減少，噬菌體也隨之降低。如定期測(cè)定稻田水及稻株中的噬菌體的消長(zhǎng)，則能了解白葉枯病的動(dòng)態(tài)，及時(shí)指導(dǎo)防治。

1.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）

輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）由以上兩個(gè)分量合成得到，則

在不同的測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：測(cè)量點(diǎn)分別為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa時(shí)，可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（I）依次為0.0028 mA、0.0030 mA、0.0033 mA、0.0034 mA、0.0036 mA、0.0038 mA.

2.輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（P）

活塞式壓力計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)，其壓力輸出的最大允許誤差±Δ=±0.05%P，P為活塞式壓力計(jì)的實(shí)際輸出壓力。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，區(qū)間半寬a=Δ，置信因子k=3，則

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算，可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（P）依次為：0 mA、0.0006 mA、0.0012 mA、0.0017 mA、0.0023 mA、0.0029 mA.

3.輸入量ΔP的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ΔP）

在測(cè)量過(guò)程中，活塞式壓力計(jì)的受壓點(diǎn)和壓力變送器的受壓點(diǎn)存在Δh=-30mm的高度差，傳壓介質(zhì)的密度ρ=0.913g/mL，本地重力加速度g=9.7944m/s2，由此產(chǎn)生的壓力差ΔP=ρ·g·Δh=-0.00027MPa。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從兩點(diǎn)分布，區(qū)間半寬a= 0.00027MPa，置信因子k=1，則

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算，可得標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（）ΔP依次為：0 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA、0.0003 mA.

4.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（ΔI）

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（ΔI）依次為：0.0029mA、0.0032 mA、0.0038 mA、0.0044 mA、0.0052 mA、0.0060 mA.

四、擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則U=k·uc（ΔI）

在0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa分別進(jìn)行計(jì)算，擴(kuò)展不確定度不確定度uc（ΔI）依次為：0.0058mA、0.0064 mA、0.0076 mA、0.0088 mA、0.0104 mA、0.0120 mA.

各輸入量間互不相關(guān)，則

［1］JJG 882-2004壓力變送器檢定規(guī)程.

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