壓力變送器示值誤差的測量不確定度評定

      壓力變送器具有遠(yuǎn)傳信號等功能,，具有智能化程度高、便于調(diào)節(jié)等特征,，在多樣化工業(yè)自控環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用,。在本文的研究中,，以壓力變送器檢定規(guī)程為依據(jù)，構(gòu)建對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,對其測量中的不確定度影響因素進(jìn)行分析,，并進(jìn)行有效合成,，為變送器檢定的順利進(jìn)行提供切實(shí)保障。
壓力變送器與示值誤差測量
壓力變送器
      一般意義上講,，壓力變送器屬于一種測量儀表,，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該儀表能夠?qū)毫ψ兞哭D(zhuǎn)變成多種可傳送的輸出信號,，而信號將直接體現(xiàn)出反應(yīng)壓力的改變情況,并與壓力標(biāo)量之間存在一定的函數(shù)聯(lián)系,。變送器兩側(cè)的壓力不一致，但工作原理相同,，能夠?qū)⑿盘杺魉偷街锌厥耶?dāng)中,對壓力進(jìn)行記錄,、指示與控制，可見變送器在工業(yè)領(lǐng)域占有十分關(guān)鍵的地位,。目前,，變送器與信息技術(shù)的結(jié)合日進(jìn).緊密，已經(jīng)研制出了智能變送器,，使性能得到進(jìn)一步優(yōu)化,。
示值誤差
      示值誤差主要是指工業(yè)計(jì)算器中的測量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)間的差別。在壓力變送器使用中,，示值誤差是指變送器示值與真實(shí)數(shù)值之間的差距,，同時也是主要計(jì)量特征之一。在測量中,，不可避免會存在誤差情況,，無法保障100%的準(zhǔn)確度,壓力變送器中允許存在的最大誤差值便是測量不確定度，通常情況下,，在尚未修正時示值便可代表最終結(jié)果,，而不確定度只是一種與測量結(jié)果間的聯(lián)系，與其他概念不相關(guān),。測量.不確定度受多種因素影響,，包括溫度,、濕度,、壓力電磁干擾等等，在測量過程中應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)臅r間與地點(diǎn),，考慮到被測對象的誤差大小,、測量范圍、儀器精度,、輸出電流條件,、測量數(shù)據(jù)等多個方面,。
測量條件與方法
      以壓力變送器檢定規(guī)程為依據(jù)，在溫度為20.5°C,，濕度為48%RH的條件下,，針對0.02級壓力器的示值不確定度進(jìn)行驗(yàn)證，其量程為0~40MPa,，允許的最大誤差范圍在士0.02%FS,，電流模塊為0~25Ma,最大誤差區(qū)間為士0.02%，壓力器的精度為05級,。偶遇被測儀器的量程不同,，因此測量過程也不盡相同，采用對被測儀器相對應(yīng)的壓力校驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測,。在檢定之前,，將檢定設(shè)備與被測儀器連接完畢后，對檢定系統(tǒng)進(jìn)行一定時間的預(yù)熱,，并對被測設(shè)備預(yù)加測量壓力3次,。對于0.5級壓力變送器來說，應(yīng)在測量面積中選取6個檢定點(diǎn),，進(jìn)行反復(fù)三次檢定,，然后以檢測規(guī)程為依據(jù)，對被測儀器的各項(xiàng)誤差進(jìn)行評定,。
數(shù)學(xué)模型與靈敏系數(shù)
數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建
      本次檢測實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建的壓力變送器模型為:

      式中,，△1代表的是變送器中的輸出誤差;單位為mA;Im代表的是變送器輸出量程，單位為mA;1代表的是變送器輸出電流數(shù)值,，單位為mA;Pm代表的是變送器輸入量程數(shù)值,，單位為MPa;P代表的是變送器輸入壓力大小，單位為MPa;10代表的是變送器輸出起始,，單位為mA,。
靈敏系數(shù)
      在檢測實(shí)驗(yàn)中，被測對象的變送器測量區(qū)間在0~32MPa之間,，輸出電流為4~20mA,。因此，對于變送器.來說,，輸入壓力靈敏系數(shù)的計(jì)算公式為:

不確定度分量的評定
輸入量P的不確定度
      在壓力校準(zhǔn)過程中,，對示值誤差引入不確定度進(jìn)行分析，產(chǎn)生的主要原因在于標(biāo)準(zhǔn)壓力模塊,，準(zhǔn)確度為0.05級,，通過B類方式進(jìn)行評定，允許的最大誤差區(qū)間在士0.05%FS,，最大輸出壓力為2.5MPa,，在此范圍內(nèi)半寬度的數(shù)值為0.00125MPa,根據(jù)均勻分布原則,，其中包括的因子K數(shù)值為5，不確定度u(p)的數(shù)值為0.00125與3的比值,，即0.007MPa,，不確定度為5%，自由度v的數(shù)值為200,。
輸入量I的不確定度
電流示值誤差
      該不確定度產(chǎn)生的主要原因在于壓力校驗(yàn)器中電流示值誤差,，通過B類方式進(jìn)行評定，誤差范圍在士0.02%,，該校驗(yàn)器的測量區(qū)間在0~2.5MPa之間,，變送器中的最大電流量為20mA，區(qū)間的半寬度為0.0047mA,根據(jù)均勻分布原則,，其中包含因子K,數(shù)值為后,，不確定度為u,數(shù)值為0.0047與后的比值，即0.0027mA,，不確定度為5%,，自由度為200。
數(shù)值修約
      在對變動器的計(jì)量情況進(jìn)行檢測過程中,，對變動器自身的合格率判斷應(yīng)以修約后的數(shù)值為依據(jù),。因此，數(shù)值修約也成為不確定度產(chǎn)生的主要原因之一,，需要對該因素進(jìn)行判定,。以壓力變送器檢定規(guī)程為依據(jù)，通過四舍五入的方式對小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)進(jìn)行保留,，使其與變送器最大誤差相比較小,，即1/10~1/20之間。在相關(guān)規(guī)程的指導(dǎo)下,，需要對0.5級變動器的最大允許誤差進(jìn)行檢驗(yàn),，最大誤差區(qū)間為士0.08mA,在分散的半寬度的數(shù)值為0.00005mA，在此范圍內(nèi)包括的.因子K數(shù)值為后,，不確定度u(p)的數(shù)值為0.00005與3的比值,，即0.0003Pa，不確定度為5%,，自由度v的數(shù)值為200,。
輸出電流測量重復(fù)性
      通過反復(fù)測量的方式能夠?qū)υ摬淮_定度進(jìn)行檢定，使用A類測量方式,，在相關(guān)規(guī)程的指導(dǎo)下,，將檢測溫度調(diào)至23°C,，濕度調(diào)至50%RH,，采用五臺性能較好的相同型號變送器,，然后選擇五個測量點(diǎn)進(jìn)行測量。在條件相同的情況下,對輸出電流進(jìn)行反復(fù)十次測量,，最后對測量的結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn),。單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.0007mA，由于利用上述公式對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差0MPa進(jìn)行重復(fù)測量,，只能說明該點(diǎn)的不確定度情況,，無法展示出其他定點(diǎn)的情況。對此,，為了對不同檢定點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,，可以采用A類測量的方式,通過將樣本標(biāo)準(zhǔn)差合并的方式，在條件不變的情況下,，對不同的檢定點(diǎn)進(jìn)行測量,，這樣做測量結(jié)果將會變得更加科學(xué)、合理,。根據(jù)其他檢定點(diǎn)的實(shí)際情況,，對剩余點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行就按，能夠得出五組計(jì)算結(jié)果,，分別為0.0007mA,、0.0007mA、0.0055mA,、0.0011mA以及0.0008mA,。對此,將樣本標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行合成后得出數(shù)值為0.0026mA。根據(jù)實(shí)際檢測情況,，在條件不變的情況下進(jìn)行二次測量,，將兩次測量結(jié)果取平均值，為0.0018mA,，自由度為45,。
輸入量1不確定度
      由于各個不確定度在分量.上不盡相同，且屬于相互獨(dú)立的狀態(tài),，需要對輸入量1的不確定度進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算,，公式為:

擴(kuò)展不確定度
      上述合成不確定度已經(jīng)與正態(tài)分布十分相似，根據(jù)置信概率,，其中包含因子k的數(shù)值可取1.96,，此時擴(kuò)展不確定度的計(jì)算公式為:
U=1.96uc(△|)=1.96X3.7μA=7.3μA
不確定度報告
      針對壓力變送器示值誤差進(jìn)行檢測后，得出合成不確定uc的數(shù)值為3.7μA,，拓展不確定度為7.3μA,，自由度為300。在本文的研究中，變送器的允許誤差區(qū)間在土80μA之間,，能夠與規(guī)程中所要求的檢定內(nèi)容相符合,，并且將引入擴(kuò)展的不確定與被檢測儀器的允許誤差進(jìn)行對比，可小于其絕對值的1/4,，也就是20μA,。
結(jié)語
      綜上所述，測量不確定度作為一種重要概念,，能夠?qū)z測質(zhì)量,、效率產(chǎn)生直接影響。在本文的研究中,，根據(jù)變送器.檢定規(guī)程,，對各個變量的不確定度、誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,，并對合成不確定度,、有效自由度等進(jìn)行了計(jì)算，從而為相同類型不確定度的測量與評定提供有力的參考依據(jù),。