压力(差压)变送器计量标准

姚志强

(中国石油天然气股份有限公司管道分公司，廊坊 065000)

0 引言

随着工业测控技术要求和自动化水平的提高，智能型压力(差压)变送器在长距离输油气管道或其他行业中的应用越来越广，为了适应生产过程控制要求的不断提高和企业完善计量检测体系的要求，建立压力(差压)变送器计量标准装置显得尤为重要。

为满足输油企业内测量范围为-0.1～25MPa,准确度等级为0.2级及以下的压力仪表的检定需要，选用智能数字压力校验仪，建立了一套压力(差压)变送器计量标准装置。

1 选用的计量标准器及主要配套设备

本计量标准装置采用一组0.02级智能数字压力校验仪和数字直流电流表作标准器。根据现场仪表量程经过计算选用了10块智能数字压力校验仪，量程分别为-0.1～0，0～0.6，0～1，0～1.6，0～2.5，0～4，0～6，0～10，0～16，0～25MPa。智能数字压力校验仪集成了HART通讯功能，可对带HART协议的智能压力变送器进行校准、维护和故障诊断。为了达到《压力变送器》中对密封性检查的要求，选用了两台智能压力发生器，压力自动发生范围气体介质为-95～600kPa，液体介质为-0.04～0～60MPa，压力控制波动度<0.005%FS，具有手动压力泵无可比拟的压力稳定性。其他配套设备(绝缘电阻表、直流电阻箱)按规程要求配备。

2 计量标准的主要技术指标以及环境条件

测量范围：-0.1～25MPa；总不确定度：U=7.45μA；检定的重复性：si=3.8μA。温度：(20±5)℃；相对湿度：55%RH；防振、防磁、防尘、室内环境等符合规程要求。

3 压力(差压)变送器输出电流示值误差测量不确定度评定

3.1 测量依据

依据JJG 882—2004《压力变送器》检定规程。

3.2 被检压力变送器的规格

测量范围:0～4MPa；准确度：0.2级；输出信号:4～20mA。

3.3 选用的标准器

1)智能数字压力校验仪：型号ConST273；准确度等级为0.02级；测量范围：0～4MPa。

2)直流电流表：型号ConST318；测量范围: -30～30mA，最大允许误差为±(0.01%RD+0.005%FS)。

3.4 测量过程

对被测对象在测量范围内采用直接比较法进行6个点的检定。

选一台稳定的智能压力变送器安装在智能压力发生器的被检接口上，同时用智能数字压力校验仪监测，并将其输出部分与数字直流电流表正确连接，待充分预热后开始校准。按照正常操作程序，通过调整相应的压力源加至检定点，待稳定后读取压力变送器的输出值。

3.5 测量误差数学模型和灵敏系数

压力变送器测量误差的数学模型为：

式中：ΔI为压力变送器的输出电流误差，mA；I为压力变送器的输出电流实际值，mA；Im为压力变送器的输出量程，mA；p为压力变送器的输入压力值，MPa；pm为压力变送器的压力输入量程，MPa；I0为压力变送器的输出电流起始值，mA。

输入压力对压力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：

c2=∂ΔI/∂I= 1

3.6 测量不确定度来源

3.6.1 输入量p的标准不确定度

1)p的标准不确定度的主要来源是智能数字压力校验仪的压力测量示值误差，最大误差不超过0.8kPa，按均匀分布估计，则：

u(p1)的相对标准不确定度估计95%，则自由度ν1=200。

2)液柱差引入的不确定度分量u(p2)

检定中智能数字压力校验仪和被检表放在同一工作台面上，则液柱差产生的测量误差不考虑，液柱差引入的标准不确定度分量忽略不计，u(p2)≈0。

3)环境温度影响引入的不确定度分量u(p3)

由于检定时控制环境温度在(20±5)℃范围内，而智能数字压力校验仪压力测量部分在(20±5)℃范围内进行了温度补偿和修正，因此，环境温度的影响可以忽略，标准器受检定环境温度影响引入的不确定度分量忽略不计，u(p3)≈0。

由于u(p1)、u(p2)和u(p3)相互独立，因此:

ν(p)=ν1=200

3.6.2 输入量I的标准不确定度

I的标准不确定度主要来源是数字直流电流表的示值误差和测量重复性。环境温度影响可忽略。

1)数字直流电流表的示值误差不超过±5μA，环境温度影响可忽略。按均匀分布估计，则:

u(I1)的相对标准不确定度估计95%，则自由度ν21=200。

2)测量重复性

对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(A类)可以用试验标准偏差来评估。

按规程要求，测量点应不少于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。本装置中s=3.8mA。

自由度ν22=5

由于u(I1)和u(I2)相互独立，因此

将上述不确定度列于表1。

表1不确定度汇总

3.7 合成标准不确定度的计算

由于u(I)和u(p)彼此间相互独立,因此合成标准不确定度uc(ΔI)及有效自由度νeff分别为：

νeff取整为100。

3.8 扩展不确定度评定

合成标准不确定度接近正态分布。按置信概率95%估计，包含因子可以查t分布表得到k95=t95(100)=1.98，扩展不确定度为：

U95=k95×uc(ΔI)=7.45μA

4 计量标准的测量不确定度验证

将0.2级0～4.0MPa的智能压力变送器经上一级的标准装置检定后，将其检定结果与本装置检定结果进行比较，如表2所示。

表2装置输出比对

比对结果：因为上一级计量标准的扩展不确定度小于本装置扩展不确定度的1/3，所以忽略上一级计量标准的扩展不确定度，两者最大差值为3μA，小于本装置扩展不确定度7.45μA，所以，此不确定度评定合格。

5 结束语

从表1可以看出，由标准器带来的合成标准不确定度(不包括压力变送器测量的重复性)uc(ΔI)为3.43μA，因此，检定时由标准器带来的扩展不确定度为：U95=1.98uc(ΔI)=6.79μA。

被检压力变送器示值最大允许误差的绝对值为32μA，规程中要求检定用标准及配套设备在检定中引入的扩展不确定度U95应不超过被检压力变送器允许误差绝对值的1/4,即8μA，本装置中U95为6.79μA，因此选用的标准器符合规程要求。

[1] 朱家良,屠立猛.JJG 882—2004 压力变送器.北京：中国计量出版社，2004

[2] 丁跃清,邓媛芳.JJF 1033—2008计量标准考核规范.北京：中国计量出版社，2008

[3] 李慎安,施昌彦,刘风.JJF 1059—1999测量不确定度评定与表示.北京：中国计量出版社，1999

[4] 孙希任.压力测量不确定度评定.北京：中国计量出版社，2006

[5] 徐陪敏.压力(差压)变送器输出电流示值误差测量不确定度评定.计量技术，2008(6)：41-42