【摘要】本文主要依據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》及JJG882-2019《壓力變送器》對(duì)壓力變送器示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)定。文中詳細(xì)介紹了壓力變送器示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定方法，并給出了擴(kuò)展不確定度。
壓力變送器是指以輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的壓力傳感器，是一種遭受壓力變量，經(jīng)傳感轉(zhuǎn)換后，將壓力更換量按照一定比例轉(zhuǎn)換為規(guī)范輸入信號(hào)的儀表。由測(cè)壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測(cè)量電路與過程鄰接件三個(gè)部分打造而成，它能將測(cè)壓元件傳感器感觸到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)范的電信號(hào)，以供應(yīng)批示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)理器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、批示與過程調(diào)節(jié)。將壓力變送器與丈量標(biāo)準(zhǔn)的輸入端毗鄰，電流輸出端與數(shù)字多用表與標(biāo)準(zhǔn)電阻組合回路相連。在活塞上加上發(fā)生重要壓力的砝碼，使活塞升到工作位置，這時(shí)數(shù)字多用表的電壓檔透露表現(xiàn)相應(yīng)的電壓輸出值，此電壓值與尺度電阻的電阻值的比值即壓力變送器電流輸入值。以下評(píng)定不確定度以一臺(tái)0.1級(jí)，16 MPa的壓力變送器為例。
1 概述
1.1 測(cè)量依據(jù)
依據(jù)JJG 882-2019《壓力變送器》檢定規(guī)程。
1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
采用0.005級(jí)的活塞式壓力計(jì) ；數(shù)字多用表直流電壓檔，#大允許示值誤差為±0.003％讀數(shù)+50 μV；100 Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，#大允許示值誤差±0.01％。
1.3 被測(cè)對(duì)象
（0~16）MPa，測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)0.1級(jí)。
1.4 測(cè)量環(huán)境
（20±5）℃，每10 min變化不大于1 ℃。
相對(duì)濕度：≤80%。
2 建立測(cè)量模型，列出不確定度傳播率
2.1 測(cè)量模型
式中：ΔI——壓力變送器的輸出電流誤差； V——壓力變送器輸出電壓值； R——標(biāo)準(zhǔn)電阻值，100 Ω； Im——壓力變送器電流輸出量程； p——壓力變送器輸入壓力值； pm——壓力變送器壓力輸入量程； I0——壓力變送器輸出起始值。
2.2 方差和靈敏系數(shù)
2.2.1 方差
2.2.2 靈敏系數(shù)
式中：c1——輸入電壓對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)； c2——輸入壓力對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)； c3——標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)。
3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定評(píng)定
3.1 輸入量V的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u ( V )的評(píng)定
輸入量V的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源有數(shù)字多用表的直流電壓擋示值誤差測(cè)量不確定度u ( V1 )，采用B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定；測(cè)量重復(fù)性u(píng) ( V2 )，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，壓力變送器分辨力所引起的不確定度影響小，故不作考慮。環(huán)境溫度影響也可忽略。
3.1.1 數(shù)字多用表的測(cè)量不確定度u ( V1 )的評(píng)定
u ( V1 )的主要來源是數(shù)字多用表的直流電壓擋#大允許示值誤差，因此應(yīng)采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。數(shù)字多用表的直流電壓擋#大允許誤差為±（0.003% 讀 數(shù)+50 μV），壓力變送器的輸出電流的#大值為 20 mA，在100 Ω 標(biāo)準(zhǔn)電阻上電壓為 2 V，所以半寬度 a=2 V×0.003%+0.00005=0.00011 V。在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，k = 3，所以：
3.1.2 測(cè)量重復(fù)性u(píng) ( V2 )的評(píng)定
對(duì)一臺(tái)0.1級(jí)，16 MPa的壓力變送器進(jìn)行測(cè)量輸出電壓進(jìn)行重復(fù)測(cè)量10次，數(shù)值分別為：2.0002、2.0003、2.0003、2.0002、 2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002（V）。
測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：s ( V2 ) = 0.042 mV
故： u ( V2 ) = s ( V2 ) = 0.042 mV
3.2 輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u ( p )的評(píng)定
輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u ( p )主要由活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差引起的，采用B類方法評(píng)定。活塞式壓力計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.005級(jí)，其#大允許示值誤差為±0.005％，其半寬度為： a＝（0.005％×1.6 MPa）＝0.0008 MPa
在此區(qū)間服從均勻分布，k =
，所以：
3.3 輸入量R的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u ( R )的評(píng)定
輸入量R的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為標(biāo)準(zhǔn)電阻。標(biāo)準(zhǔn)電阻，#大允許示值誤差±0.01％，其半寬度為：
a＝（0.01％×100 Ω）＝0.01 Ω
在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為服從均勻分布，k =，所以：
4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成
靈敏系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)器和重復(fù)性帶標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的具體結(jié)果見表1。
由表1結(jié)果求得合成不確定度為：
5 相對(duì)擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
輸出為20 mA時(shí)，取包含因子k=2，則： U ( y ) = kuc ( y ) = 0.003 mA其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel＝0.019%，k＝2。
6 結(jié)論
本文通過具體實(shí)例，對(duì)壓力變送器示值誤差的不確定度進(jìn)行全過程評(píng)定，直觀反映了對(duì)壓力變送器的結(jié)果存在影響的相關(guān)因素。同時(shí)，此不確定度評(píng)定方法同樣適用于其他準(zhǔn)確度等級(jí)的被測(cè)壓力變送器進(jìn)行測(cè)量時(shí)的不確定度評(píng)定。
關(guān)注我們 實(shí)現(xiàn)共贏