压力变送器输出误差测量不确定度的评定

    压力变量包括正、负压力、差压和绝对压力。统一的输出信号有气压信号和直流电流信号。目前以直流电流信号为主,有(0~10)mA和(4~20)mA,尤以(4~20)mA最为普遍。

    压力变送器在工业过程测量和控制系统中大量运用。在贸易结算中也担任了很重要的角色。由此对其稳定性、准确性和适应性均提出了越来越多的要求,也涌现出了一些高品质的变送器。

    如何评定一台压力变送器的优劣,已有相应的国家计量检定规程JJG882-1994和专业标准JB/ T17614-1998可依。本文试图以国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》为依据,对压力变送器的输出误差检定中的测量不确定度做一个评定。

    一、测量模型

    变送器测量误差的数学模型为:

    式中:△I———变送器的输出误差, mA;I———变送器输出电流值,mA;Im———变送器输出量程,mA;p———变送器输入压力值, Pa;pm———变送器输入量程, Pa;Io———变送器输出起始值,mA。

    输入压力对变送器输出误差的灵敏系数为:

    输出电流对变送器输出误差的灵敏系数为:

    二、不确定度来源

    以测量范围为(0~2·5)MPa的压力变送器为例,其准确度等级为0·25级,输出电流(4~20)mA。

    测量时用标准压力发生器和直流电流表作为标准器。测量在工作现场进行。因此不确定度来源有:

    1·标准压力发生器

    标准压力发生器的输出范围为(0~3)MPa,最大允许误差为±0·02%FS,因此:

    a₁₁=0·6kPa     (FS=3MPa)

    a:分散区间半宽,下同。

    2·标准压力发生器的温度影响

    标准压力发生器的温度影响为0·001%FS/℃。测量现场的温度已超过标准温度3℃,因此:

    a₁₂=3×0·001%FS=0·09kPa

    3·直流电流表

    直流电流表的最大允许误差为±(0·02%读数+2μA)

    a₂₁=6μA

    4·直流电流表的温度影响

    直流电流表的温度影响为±1·2μA/℃。测量现场的温度已超过了标准温度3℃,因此:

    a₂₂=3·6μA

    5·测量重复性

    对压力变送器进行三个循环的测量,在输入相同的压力下,输出电流值不尽相同,取平均值作为测量结果。则标准不确定度可以用实验标准偏差来评估。

    按规程要求,测量点应不少于5个。每个测量点均有6个读数,由此计算出实验标准偏差,取最大值。本例中s=4μA。

    表中:i———不确定度来源序号; x_i———不确定度来源;a_i———x_i的误差分散区间半宽或误差限;k_i———包含因子,均按均匀分布估计; u(x_i)———标准不确定度;c_i———灵敏系数;u_i(y)———变送器输出的标准不确定度分量,为c_iu(x_i);v_i———自由度。因a₁₁~a₂₂取自检定证书的结论及说明书中的指标,按不可靠性10%,因此v₁₁~v₂₂取50;v₂₃=n-1=5