PPC3数字压力计标准装置检定电流输出压力变送器能力分析

经验人：高 颖 谢 静 赵雅欣 马永利

PPC3数字压力计标准装置检定电流输出压力变送器能力分析

经验人：高 颖 谢 静 赵雅欣 马永利

本文详细分析了PPC3数字压力计标准装置（-15～15）kPa范围检定电流信号输出压力变送器的量传能力，通过分析，确定了PPC3数字压力计标准装置（-15～15）kPa范围实际能够检定的电流输出压力变送器的准确度等级及有效量程范围。

JJG882-2004《压力变送器检定规程》中对检定压力变送器的标准设备作了明确的要求：成套后的标准器，包括整个检定设备在内，检定变送器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；对于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。

由此可见，在进行压力变送器的检定时，首先需要评估成套之后的标准装置的量传能力，只有当成套后的标准装置与被检压力变送器满足规程规定的量传关系比时，才能有效确保数据和结论的准确可靠。这一点，对微差压压力变送器而言，显得尤为重要，否则，不合理的量传关系比，将会使测量数据和结论失去意义。

本文详细分析了利用PPC3数字压力计标准装置主标准器中一只±15kPa压力模块检定电流输出压力变送器的量传能力，通过分析，确定了PPC3数字压力计标准装置该量程范围实际能够检定的电流输出压力变送器的准确度等级及有效量程范围。

标准装置简介

本套标准装置主要由美国DHI公司生产的PPC3数字压力控制/校准器、美国KEITHLEY公司生产的2001型数字多用表及Agilent公司生产的E3649A直流稳压电源组成。

其中，主标准器PPC3数字压力控制/校准器是美国DHI公司生产的第三代数字压力控制/校准器，其采用了石英谐振参考压力传感器（Q-RPT）模块，它具有控制精度高、性能稳定、界面简洁、操作方面等特点。

每一台PPC3数字压力控制/校准器设备中，内置两个石英参考压力模块。在autorange 模式下，其可以任意设置量程，并通过量程设定无限细分石英谐振参考压力模块，从而更好的保证测量精度。

PPC3数字压力计标准装置检定电流输出压力变送器能力分析

压力变送器测量误差的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 —压力变送器的输出误差，mA；

I —压力变送器输出电流值，mA；

Im—压力变送器输出量程，mA；

P —压力变送器输入压力值，Pa；

Pm—压力变送器输入量程，Pa；

I0—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：

输出电流对压力变送器输出误差的灵敏系数为：

标准装置引入的测量不确定度分析

输入量P引入的标准不确定度u（P）

输入量P引入的标准不确定度主要来源于数字压力控制/校准器。PPC3数字压力控制/校准器差压±15kPa量程的准确度等级为±0.01％FS，其最大示值允许误差△=±3Pa，区间半宽α=3Pa，按均匀分布估计，

估计u（P）的可靠程度为95％，计算其自由度ν1：

表1　不确定度汇总及对照分析表

直流电流表引入的标准不确定度u（I）

电流输出压力变送器的理论输出电流为（4～20）mA，使用2001型数字多用表测量变送器的输出电流时，数字多用表20 mA档的示值误差△=±（0.04％ of rdg+0.002％ of range）。在压力变送器输出20mA时，数字多用表引入的示值误差为最大值，即最大示值误差△=±8.4μA，区间半宽α=8.4μA，按均匀分布估计，包含因子则u（I）为：

估计u（I）的可靠程度为95％，计算其自由度ν2：

合成标准不确定度uc

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

能力评估实例分析

假设计划用该套标准装置±15kPa压力模块对两只准确度等级均为0.5级、测量范围分别为（0～3）kPa和（0～4）kPa的压力变送器进行检定，计算量传关系比是否满足检定规程要求。计算过程及结果见表1。

由表1可以看出，这两只压力变送器的有效自由度νeff均大于100，取整为100，查t 分布表可知，因此：

对于0.5级（0～3）kPa压力变送器：

对于0.5级（0～4）kPa压力变送器：

从表1可以看出，uc随着压力变送器量程范围的增大而减小，因此该套标准装置±15kPa压力模块可以检定准确度等级为0.5级且量程范围不小于4 kPa的压力变送器。

结论及问题的解决方案

通过以上分析，我们确定出了该套PPC3数字压力计标准装置（-15～15）kPa范围可以检定的电流输出压力变送器的准确度等级及与之对应的有效范围，从确定的结果可以看出，对于准确度为0.5级且量程低于4 kPa的压力变送器和准确度等级为0.2级且量程在（-15～15）kPa范围内的压力变送器，该套标准装置都不能满足检定量传关系比，为了解决该问题，建议：

（1）可以采用提高标准装置（包括数字压力控制/校准器及数字多用表）的准确度等级来解决该问题，但该方案的费用较高。

（2）可以采用在线路里串联高精度标准电阻，并选用合适的数字多用表的电压档测量标准电阻两端电压，再通过计算得到变送器的输出电流。该方法比较经济，但同样需要重新评估所搭建的新系统的扩展不确定度U95。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.048