基于提高壓力變送器測(cè)量能力的方法改進(jìn)與分析

摘 要: 通過對(duì)壓力變送器的測(cè)得值進(jìn)行不確定度分析，得出電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器是相對(duì)于壓力標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)測(cè)得值更重要的影響因素，在實(shí)際工作中設(shè)法改善電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器的性能對(duì)于提高壓力變送器測(cè)量能力有顯著作用; 通過在測(cè)量系統(tǒng)中串接標(biāo)準(zhǔn)電阻，將電流測(cè)量方式轉(zhuǎn)換為電壓測(cè)量方式可以有效提高壓力變送器的測(cè)量能力。

0 引言

壓力變送器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電測(cè)信號(hào)輸出的壓力儀表，智能型、高準(zhǔn)確度壓力變送器在工程中被廣泛應(yīng)用。［1］ 在壓力變送器的測(cè)量過程中，需要配備的主要標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為壓力標(biāo)準(zhǔn)器和電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器。實(shí)驗(yàn)室條件下，為滿足對(duì)高準(zhǔn)確度壓力變送器的測(cè)量要求，壓力標(biāo)準(zhǔn)器一般選擇性能穩(wěn)定的活塞式壓力計(jì)，電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器可以選用經(jīng)濟(jì)適用的多功能校準(zhǔn)器。因此，在測(cè)量過程中，標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度應(yīng)包括壓力標(biāo)準(zhǔn)器和電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器兩部分。［2］ 下面以檢定壓力變送器為案例對(duì)測(cè)得值進(jìn)行不確定度分析，進(jìn)而評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)器選擇的符合性。

1 不確定度分析 ［3］

1. 1 概述

1. 1. 1 被測(cè)壓力變送器信息

測(cè)量范圍: ( 0 ～6) MPa;

準(zhǔn)確度等級(jí): 0. 1 級(jí);

輸出電流: ( 4 ～20) mA。

1. 1. 2 選用的標(biāo)準(zhǔn)器信息

活塞式壓力計(jì): 測(cè)量范圍( 0.1 ～6) MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)0.01 級(jí)多功能校準(zhǔn)器: 直流電流測(cè)量范圍( －25 ～25) mA，#大允許誤差 ±( 1μA +0.01%FS) 。

1. 1. 3 測(cè)量的環(huán)境條件

環(huán)境溫度: ( 20. 0 ～20. 2) ℃;

相對(duì)濕度: ( 55 ～56) %。

1. 2 測(cè)量模型

壓力變送器測(cè)量誤差的測(cè)量模型:

式中: ΔI—變送器的輸出電流誤差，mA; I—多功能校準(zhǔn)器的讀數(shù)值，mA; I m —變送器電流輸出量程，mA; P—標(biāo)準(zhǔn)器輸入壓力值，Pa; P m —變送器壓力量程，Pa; I 0 —變送器輸出電流起始值，mA。

1. 3 不確定度分量分析

輸入壓力對(duì)壓力變送器輸出誤差的靈敏系數(shù):

輸出電流對(duì)壓力變送器輸出誤差的靈敏系數(shù):

1. 3. 1 輸入量 P 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量 P 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于活塞式壓力計(jì)，環(huán)境溫度的影響可忽略不計(jì)。測(cè)量范圍為( 0.1 ～6) MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為 0.01 級(jí)的活塞式壓力計(jì)#大允許誤差不超過 ±0.6 kPa，服從均勻分布，則:

1. 3. 2 輸入量 I 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量 I 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于多功能校準(zhǔn)器的示值誤差，環(huán)境溫度的影響可忽略不計(jì)，此處只分析標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度，不考慮測(cè)量重復(fù)性的影響。

多功能校準(zhǔn)器直流電流測(cè)量范圍為( － 25 ～25) mA，#大允許誤差不超過 ± 6μA，服從均勻分布，則:

2 標(biāo)準(zhǔn)器選擇的符合性分析

根據(jù) JJG882 － 2004《壓力變送器檢定規(guī)程》要求，檢定 0. 1 級(jí)壓力變送器，標(biāo)準(zhǔn)器引入的擴(kuò)展不確定度應(yīng)不超過被檢壓力變送器#大允許誤差覺對(duì)值的 1/3，由于 7. 2μA ＞ ( ± 0. 1%) × 16mA | × 1/3=5. 3μA，即選取的標(biāo)準(zhǔn)器引入的擴(kuò)展不確定度超過了被檢壓力變送器#大允許誤差覺對(duì)值的 1/3，所以采取上述測(cè)量方法不能滿足檢定規(guī)程對(duì) 0. 1 級(jí)變送器開展檢定的要求。為了開展工作的需要，通常的做法是花費(fèi)高昂的價(jià)格更換準(zhǔn)確度更高的標(biāo)準(zhǔn)器。

3 方法改進(jìn)

由表 1 可以看出，其中電流輸入量引入的不確定度分量達(dá)到壓力輸入量引入的不確定度分量近 4倍，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)法減小電流輸入量對(duì)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的影響。［4 －5］ 在不更換原有標(biāo)準(zhǔn)器的情況下，我們?cè)跍y(cè)量系統(tǒng)中串接一個(gè) 250Ω 的標(biāo)準(zhǔn)電阻，利用多功能校準(zhǔn)器的電壓測(cè)量模式對(duì)壓力變送器進(jìn)行測(cè)量。連接圖如圖 1 所示。

由于多功能校準(zhǔn)器的電壓測(cè)量準(zhǔn)確度比電流測(cè)量準(zhǔn)確度要高，如這臺(tái) MC6 多功能校準(zhǔn)器，電壓測(cè)量功能的#大允差為 ± ( 0. 25mV +0. 006% rdg) ，串接一只二等 250 的標(biāo)準(zhǔn)電阻后，壓力變送器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)? 1 ～5) V。下面我們?cè)賮碛?jì)算標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度。電壓測(cè)量的#大允許誤差為:

4 總結(jié)

通過對(duì)壓力變送器的測(cè)得值進(jìn)行不確定度分析，可以看出在壓力變送器的檢定過程中，相對(duì)于壓力標(biāo)準(zhǔn)器，電測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器是對(duì)測(cè)得值更顯著的影響因( 4) 沒有嚴(yán)格按照技術(shù)要求安裝，安裝方式和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不符合技術(shù)要求。

4 小結(jié)

計(jì)量器具的現(xiàn)場(chǎng)檢定極大的方便了企業(yè)客戶，可是企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)檢定/校準(zhǔn)工作具有較多的不可控因素的影響，本文主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢定/校準(zhǔn)壓力( 差壓) 變送器過程中需要注意的事項(xiàng)和可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了介紹和分析，希望能夠?qū)�從事壓�? 差壓)變送器計(jì)量工作的同仁提供一點(diǎn)幫助。