压力变送器测量不确定度评定

任聪

枣庄市标准计量研究中心 山东枣庄 277100

压力变送器用于测量压力、差压、流量、液位等信号，它具有信号传输距离长、智能化程度高、调节方便等优点，是其他直读式压力表所不能比拟的。为了保证压力变送器测量的准确性及可靠性，保证生产的安全稳定运行，有必要对其进行检定和测量不确定度进行分析。

1 压力变送器的测量不确定度分析

在压力变送器测量结果的不确定度分析中，用统计方法计算出的不确定度分量称为不确定度A类评定。

B类不确定度分量评定是用非统计方法确定各分量的标准不确定度。通常，B类不确定度分量较清晰，所产生的分量间无关联，从检定证书、技术资料、实践经验中获得。通过对压力变送器测量误差来源的分析，校准压力变送器B类不确定度分量有：

（1）0.05级活塞压力计精度引起的不确定度分量。

（2）数字多功能传递误差引起的不确定度分量。

（3）膜盒测量膜片非线性误差引起的不确定度分量。

（4）不确定度分量由变送器取压口参考平面与活塞式压力表活塞下端面高度差引起[1]。

2 测量方法及数学模型

（1）所用标准器：①数字压力计，其准确度等级：0.05级，测量范围：0-100kPa；②数字多用表，最大允许误差：（0.02%×读数+3个字）。

（2）被测对象：压力变送器，量程：0-80kPa，准确度等级：0.5级。

（3）环境条件：温度（20±5）℃，湿度≤45%-75%。

（4）所依据的计量检定规程：JJG882压力变送器检定规程。

（5）测量方法：压力变送器是输出为4-20mA直流信号的两线制变送器，压力变送器的检定框如图1所示。

图1 检测框图

检定时，从下限压力值开始平稳地输入压力信号到各个检定点，读取并记录变送器的输出值至上限压力值，然后反方向改变压力信号到各检定点，读取并记录输出值至下限压力值，一般应连续进行3次循环检定，取3次循环检定结果的算术平均值，作为各检定点实际输出电流值。

（6）数学模型。以下测量模型可从JJG882《压力变送器》检定规程附录D中获得：

式中：ΔI-压力变送器的测量误差，mA；I-压力变送器实际输出电流，mA；Im-压力变送器输出量程，mA；I0-压力变送器输出起始，mA；；p-压力变送器输入压力，Pa；pm-压力变送器输入量程，Pa[2]。

3 测量不确定度的来源

（1）输入量P的标准不确定度（属B类）。输入量P的标准不确定度主要来源是精密数字压力计的误差，若忽略温度影响，精密数字压力计最大误差不超过±（100×0.05%），即±0.05kPa，按正态分布估计，则：

若（P1）的相对标准不确定度估计95%，则自由度ν1=200。

（2）输入量I的标准不确定度（属B类）。输入量I的不确定度主要来源是数字电流表的示值误差和测量重复性，环境温度影响可忽略不计。

数字电流表引入的不确定度为：（0.02%×读数+3个字）=（0.02%×20+0.003）=0.007Ma

若数字电流表的示值误差不超过±7μA，按均匀分布估计，

若u（I1）的相对标准不确定度估计95%，则自由度ν21=200。

测量重复性。计量标准的重复性是指在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量，所得结果之间的一致程度。本文在相同条件下对压力变送器进行3个循环的测量，输出电流值不尽相同，取平均值作为测量结果，则标准不确定度（A类）可用试验标准差来评估。

按规程要求，测量点不少于6个。每个测量点均有6个读数，由此计算出试验标准偏差，取最大值。本例中的重复性误差取S=4μA。由于u（I1）和u（I2）相互独立，因此：

自由度ν1=69。

i为不确定度来源序号；xi为不确定度来源；ki为包含因子；u（xi）为标准不确定度；Ci为灵敏系数；ui（y）为变送器输出的标准不确定度分量；vi为自由度。

（3）合成标准不确定度。

（4）扩 展 不 确 定 度 的 评 定。取 包 含 因 子k=2，U=2×0.008=0.016mA。

（5）测量不确定度的报告。

本次测量的MPEV=（20-4）×0.5%=0.08mA。

总之，压力变送器是将压力变量转换成可传送的标准输出信号的仪表，其输出信号和压力变量间存在给定的连续函数关系（通常为线性函数），主要用于工业过程中压力参数的测量及控制。测量精度关系到压力源的稳定性和标准数字繁用表的测量精度[3]。