压力变送器示值误差测量不确定度评定

【摘要】 本文主要依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》及JJG882-2019《压力变送器》对压力变送器示值误差测量结果不确定度进行评定。文中详细介绍了压力变送器示值误差测量结果不确定度评定方法，并给出了扩展不确定度。

【关键词】 压力变送器;电压;不确定度

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.023

Evaluation of Uncertainty of Value Error Measurement for Pressure Transmitter

MENG Yi-zhe

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： This paper is mainly based on JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement and JJG 882-2019 Pressure Transmitter evaluates the uncertainty of value error measurement result of pressure transmitter. In this paper，the uncertainty evaluation method of the error measurement results of the pressure transmitter is introduced in detail，and the extended uncertainty is given.

Key words： pressure transmitter;voltage;uncertainty

壓力变送器是指以输出为标准信号的压力传感器，是一种遭受压力变量，经传感转换后，将压力更换量按照一定比例转换为规范输入信号的仪表。由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路与过程邻接件三个部分打造而成，它能将测压元件传感器感触到的气体、液体等物理压力参数转变为规范的电信号，以供应批示报警仪、记录仪、调理器等二次仪表进行测量、批示与过程调节。将压力变送器与丈量标准的输入端毗邻，电流输出端与数字多用表与标准电阻组合回路相连。在活塞上加上发生重要压力的砝码，使活塞升到工作位置，这时数字多用表的电压档透露表现相应的电压输出值，此电压值与尺度电阻的电阻值的比值即压力变送器电流输入值。以下评定不确定度以一台0.1级，16 MPa的压力变送器为例。

1 概述

1.1 测量依据

依据JJG 882-2019《压力变送器》检定规程。

1.2 测量标准

采用0.005级的活塞式压力计 ;数字多用表直流电压档，最大允许示值误差为±0.003%读数+50 μV;100 Ω标准电阻，最大允许示值误差±0.01%。

1.3 被测对象

（0～16） MPa，测量准确度等级0.1级。

1.4 测量环境

（20±5） ℃，每10 min变化不大于1 ℃。

相对湿度：≤80%。

2 建立测量模型，列出不确定度传播率

2.1 测量模型

[ΔI=VR-（Impm?p+I0）]

式中：[ΔI]——压力变送器的输出电流误差;

V——压力变送器输出电压值;

R——标准电阻值，100 Ω;

[Im]——压力变送器电流输出量程;

p——压力变送器输入压力值;

[pm]——压力变送器压力输入量程;

[I0]——压力变送器输出起始值。

2.2 方差和灵敏系数

2.2.1 方差

[uc2（y）=c1?u（V）2+c2?u（p）2+c3?u（R）2]

2.2.2 灵敏系数

[c1=ΔIV=0.01] Ω-1

[c2=ΔIp=-Impm=-1] [mA/MPa]

[c3=ΔIR=-VmR2=-0.2] [mV/Ω2]

式中：[c1]——输入电压对变送器输出误差的灵敏系数;

[c2]——输入压力对变送器输出误差的灵敏系数;

[c3]——标准电阻对变送器输出误差的灵敏系数。

3 输入量的标准不确定评定

3.1 输入量V的标准不确定度[u（V）]的评定

输入量V的标准不确定度来源有数字多用表的直流电压挡示值误差测量不确定度[u（V1）]，采用B类标准不确定度进行评定;测量重复性[u（V2）]，采用A类标准不确定度方法进行评定，压力变送器分辨力所引起的不确定度影响小，故不作考虑。环境温度影响也可忽略。

3.1.1 数字多用表的测量不确定度[u（V1）]的评定

[u（V1）]的主要来源是数字多用表的直流电压挡最大允许示值误差，因此应采用B类方法进行评定。

数字多用表的直流电压挡最大允许误差为±（0.003%读数+50 μV），压力变送器的输出电流的最大值为20 mA，在100 Ω标准电阻上电压为2 V，所以半宽度a=2 V×0.003%+0.00005=0.00011 V。在区间内可认为服从均匀分布，[k=3]，所以：

[u（V1）=ak=0.064] mV

3.1.2 测量重复性[u（V2）]的评定

对一台0.1级，16 MPa的压力变送器进行测量输出电压进行重复测量10次，数值分别为：2.0002、2.0003、2.0003、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002、2.0002（V）。

测量的实验标准偏差为：

[s（V2）=0.042] mV

故：

[u（V2）=s（V2）=0.042] mV

3.2 输入量p的标准不确定度[u（p）]的评定

输入量p的标准不确定度[u（p）]主要由活塞式压力计标准装置的误差引起的，采用B类方法评定。

活塞式压力计准确度等级为0.005级，其最大允许示值误差为±0.005%，其半宽度为：

a=（0.005%×1.6 MPa）=0.0008 MPa

在此区间服从均匀分布，[k=3]，所以：

[u（p）=ak=0.00046] MPa

3.3 输入量R的标准不确定度[u（R）]的评定

输入量R的标准不确定度的主要来源为标准电阻。标准电阻，最大允许示值误差±0.01%，其半宽度为：

a=（0.01%×100 Ω）=0.01 Ω

在区间内可认为服从均匀分布，[k=3]，所以：

[u（R）=ak=0.0058] Ω

4 标准不确定度的合成

灵敏系数、标准器和重复性带标准不确定度分量的具体结果见表1。

由表1结果求得合成不确定度为：

[uc（y）=c1?u（V）2+c2?u（p）2+c3?u（R）2           =0.0015 mA]

5 相对扩展不确定度的评定

输出为20 mA时，取包含因子k=2，则：

[U（y）=kuc（y）=0.003] mA

其相对扩展不确定度为Urel=0.019%，k=2。

6 结论

本文通过具体实例，对压力变送器示值误差的不确定度进行全过程评定，直观反映了对压力变送器的结果存在影响的相关因素。同时，此不确定度评定方法同样适用于其他准确度等级的被测压力变送器进行测量时的不确定度评定。

【参考文献】

[1] 压力变送器：JJG 882-2019[S].

[2] 測量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].

[3] 通用计量术语及定义：JJF 1001-2011[S].

【作者简介】

孟一喆（1993-），男，助理工程师，学士，研究方向为压力计量。