压力变送器检定标准器选定的误区分析

李海明 沙 峰 朱保安

(91388部队96分队，湛江 524022)



压力变送器检定标准器选定的误区分析

李海明 沙 峰 朱保安

(91388部队96分队，湛江 524022)

压力变送器的检定不同于压力表的检定，影响测量不确定度的因素包括标准压力发生器和输出电信号测量两个方面，所以对其检定标准器的选定要利用评定标准器带来的不确定度的方法进行。如果没有按照规程要求的方法进行选定，就有可能造成利用准确度等级选择标准器、选定的标准器可以覆盖其量程范围两个误区。对误区的产生进行了详细分析，并使用实例进行了验证。

压力变送器；检定；标准器；不确定度

0 引言

压力变送器是工业实践中最常用的一种传感仪表，在自动化工业控制系统中占有重要地位，广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。准确地对压力变送器进行检定是保证压力测量准确可靠的重要手段[1]。

1 压力变送器检定标准器选定的误区

为了对压力变送器进行检定必须建立相应的测量标准，标准器的选择是顺利开展检定工作的重要环节。根据JJG 882—2004《压力变送器检定规程》6.2.1.1中的描述，检定时所需的标准仪器及配套设备可按被检压力变送器的规格进行选择并组合成套。成套后的标准器，包括整个检定设备在内检定时引入的扩展不确定度U95应不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/4；对0.1级和0.05级被检压力变送器，由此引入的U95应不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/3[2]。

1.1 误区一：利用准确度等级选择标准器

实际工作中，有的计量技术机构并没有按照不确定度评定的方法选择标准器、验证其符合性，而是按照压力变送器的准确度等级进行选择。实例1：需检定0.2级及以下压力变送器，按照1/4原则选择0.05级的压力标准器；或者配备了0.05级的压力标准器，建标时按照1/4原则评定可以开展0.2级及以下压力变送器的检定。利用准确度等级选择标准器的方法是压力变送器检定的误区，此时选定的标准器可能无法满足规程的要求。

1.2 误区二：选定的标准器可以覆盖其量程范围

利用不确定度评定的方法选择了合适的标准器后，认为检定工作可以覆盖其量程范围内的所有被检压力变送器。实例2：0.02级满量程精度0～3MPa的压力标准器、0.01级的直流电流表检定0.2级，输出电流4～20mA的压力变送器，量程上限在1.5MPa以上的压力变送器符合规程要求，而量程上限在1MPa以下的压力变送器却无法检定，无法覆盖该压力标准器量程范围0～3MPa内所有同一分辨率的被检压力变送器。

2 对误区的分析

压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，分为电动和气动两大类。电动的标准化输出信号主要为0～10mA、4～20mA或1～5V的直流电信号。气动的标准化输出信号主要为20～100kPa的气体压力。压力变送器的输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系，通常为线性函数[3]。

2.1 压力变送器测量误差的数学模型和灵敏系数

当输出信号为直流电流(mA)时其测量误差的数学模型为：

(1)

式中：ΔI为压力变送器的输出误差，mA；I为压力变送器输出电流值，mA；Im为压力变送器的输出量程，mA；p为压力变送器输入压力值，MPa；pm为压力变送器的输入量程，MPa；I0为压力变送器输出起始值，mA。

输入压力对压力变送器输出误差的灵敏系数为：

(2)

输出电流对变送器输出误差的灵敏系数为：

(3)

2.2 由标准器带来的不确定度评定

设被测压力变送器测量范围为0～pm1，准确度等级为D1，输出电流为I0～(Im+I0)。

2.2.1 标准不确定度评定

1)标准压力发生器引入的标准不确定度分量up

设标准压力发生器的输出范围为0～pm0，准确度等级为D0。

(4)

2)直流电流表的示值误差引入的标准不确定度分量uI

按照检定规程规定，应选择0.01级～0.05级直流电流表。为减小直流电流表对不确定度的影响，选择0.01级直流电流表，设定其最大允许误差为±(0.01%读数+n个字)，忽略分辨率的影响，则最大允许误差为±0.01%读数。

(5)

2.2.2 合成标准不确定度

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。由于up和uI彼此间相互独立，因此合成标准不确定度uc为：

(6)

(7)

(8)

则：

(9)

2.2.3 扩展不确定度

取k=2，则由标准器带来的扩展不确定度为：

(10)

以上评定是针对输出信号是直流电流的情况，若输出信号为直流电压时，评定过程类似，只是需将直流电流表换为直流电压表，电流的符号I替换为电压符号V。

2.3 压力变送器检定标准器的选定与符合性

在压力表的检定中，规定标准器的允许误差绝对值应不大于被检压力表允许误差绝对值的1/4[4]。此时标准器检定时引入的扩展不确定度U95只与标准压力发生器的允许误差有关，因此在选择压力表检定的标准器时可以利用准确度等级来进行，而且满足要求的标准器可以覆盖标准器的量程范围，即在压力表检定中不存在标准器选定的误区。

而在压力变送器检定中，通过对由标准器带来的不确定度的评定，可以看出标准器检定时引入的扩展不确定度U95既与标准压力发生器的u(p)有关，还和测量输出电流(电压)的标准器的u(I)有关，而且由式(7)可看出u(p)与被检压力变送器输出量程Im、标准压力发生器的量程pm0成正比，与被检压力变送器的量程pm1成反比。若按照压力表检定的方法选定压力变送器检定的标准器则产生了误区。

被检压力变送器的允许误差为Δ=±(ImD1×%)=±(1×10-2×ImD1)。

1)对误区一的证明

(11)

由于pm0≥pm1，则：u(p)≥1.44×10-3×ImD1。由式(10)可看出U95≥2up，可以得出：

U95≥2.88×10-3×ImD1

(12)

2)对误区二的证明

设被检压力变送器输出直流为0～10mV，则由式(8)得：u(I)=5.77×10-4mA，这是直流电流表示值误差引入的最小的标准不确定度分量值。

(13)

=5×10-3(mA)

(14)

3 分析的实例

将前述的实例1和实例2合二为一，作为压力变送器检定标准器选定误区分析的实例。

被检压力变送器测量范围：0～3MPa，准确度等级：0.2级，输出电流：4～20mA。

标准压力发生器测量范围：0～3MPa，准确度等级：0.02级，最大允许误差：±0.02%FS。

直流电流表的最大允许误差：±0.01%读数(忽略分辨率的影响)。

由式(7)得：

=1.85×10-3mA

(15)

由式(8)得：

u(I) =5.77×10-5×(Im+I0)

=5.77×10-5×(16+4)

=1.15×10-3mA

(16)

则由式(10)可得由标准器带来的扩展不确定度：

=4.4×10-3mA (k=2)

(17)

实际应用中，直流电流(压)表的示值误差会更大，对由标准器带来的扩展不确定度U95的影响更大，从而压力变送器检定标准器选定的误区会更加明显。

4 结论

计量是为了保证测量统一和准确的科学[5]，在国家和国防建设中占有重要地位，计量工作需要科学准确公正严谨，来不得半点马虎。本文总结的压力变送器检定中标准器选定的误区发生在计量技术机构实际工作中，造成失误的原因可能是粗心大意、可能是经验主义，只要细致地开展工作，严格执行计量法规和检定规程等相关技术资料，是完全可以避免的。

[1] 杨青.正确选择检定压力变送器标准装置的探讨[J].浙江电力,2006(4):65-67

[2] JJG 82—2004压力变送器检定规程

[3] 程新选.力学计量[M].中国计量出版社,2007

[4] JJG 52—1999弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程

[5] 叶德培.计量基础知识[M].中国人民解放军总装电子信息部技术基础局,1999

[6] 杜水友,等.压力变送器示值误差测量不确定度评定[J].计量技术,2005(7):53-55

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.20