压力变送器示值误差不确定度评定

赵洪健

摘要：压力变送器用于测量压力、差压、流量、液位等信号，它具有信号传输距离长、智能化程度高、调节方便等优点，是其他直读式压力表所不能比拟的。为了保证压力变送器测量的准确性及可靠性，保证生产的安全稳定运行，有必要对其进行检定和测量不确定度进行分析。

关键词：压力变送器；示值误差；不确定度评定

前言

压力变送器将压力信号转换成可直接传输的标准信号。压力信号与输出信号呈线性关系，标准信号传输的值代表压力。压力变送器大致可分为电动变送器和气动变送器。两个压力变送器的标准输出信号不同。压力变送器由压力传感单元、转换单元和信号处理模块三部分组成。有的压力变送器具有读数显示单元，有的压力变送器具有现场总线功能，可根据现场需要增加现场总线功能，完成项目。根据工作原理，压力变送器大致可分为电容式、应变式、谐振式、转矩平衡式、压阻式。变送器的测量部分在承受上部测量压力时不应泄漏或损坏。在计量过程中，必须明确示值误差状况，压力变送器的示值误差按准确度等级划分。

1概述

1.1评定依据

JJG882－2019《压力变送器检定规程》;JJF1059.1－2012《测量不确定度评定与表示》。

1.2测量条件温度

(20±5)℃，相对湿度不大于80%。

1.3测量标准

数字压力计(压力测量兼电流测量同时提供DC24V的电压输出)，压力测量范围为(0～100)kPa，压力准确度等级为0.02级，电流测量:(0～25)mA，准确度:±(0.02%ＲD+0.005%FS)。

1.4被测对象

压力变送器，测量范围为(0～100)kPa，准确度等级为0.2级，输出电流(4～20)mA。1．5测量过程采用0.02级的数字压力计作标准，将数字压力计和被检压力变送器安装在同一压力源上，从零位开始，通过升压和降压共三个循环，用压力源对被检表和标准器缓慢而平稳的加压(或减压)到各检定点，待压力稳定后，数字压力计自动测量并记录被检压力变送器的实际输出电流值，此时被检压力变送器的实际输出电流值和相应的理论电流输出值之差即为被检压力变送器的测量误差。

2检定过程

压力变送器检定线及设备的检定过程:一是对仪器进行测试并调零。找到零点，如果零点设置不正确，所有测量都会产生误差，降低测量精度。零位设定方法是将两个气罐填入大气中，检查电流表的读数。如果电流表显示一个4mA的值，零点位置是正确的。如果电流表显示的不是4mA，则需要通过调零整定装置将其调到4mA。二是调整范围。标准压力源用来缓慢地给安培计加压。增压过快可能会造成电流表的读数不稳定和误差，从而使压力慢慢增压到最大值。此时，电流表的读数应该是20mA。如果电流表的读数不是20mA，则应将量程调整到20mA，然后进行第一步调零，再调整量程，直到满足要求为止。最后，使范围相等。如果将相应的压力灌装到相应的仓库，就会得到相应的输出量。经过多次测试，可以得到基本误差和它们之间的变化。如果两者之间的误差较大，则需要再次调整，直到满足技术要求为止。我国在智能传输量程的测试中多采用HART技术，零点和量程的调试也依赖该技术。这种技术不允许输入压力源。因此，这项技术不能称为校准或验证，只能简单地称为设定范围。造成这一现象的原因是两辆车都使用了标准装置进行调试，没有考虑输入输出调节的影响。当电源变化时，温度和湿度的变化会影响发射机的输出。因此，必须对压力变送器进行检定，改变原来那种一表一检定的方法，变更为一线一检定的方案才是最合理的。

3不确定度评定

3.1被检压力变送器设备规格

设备测量范围：0~10MPa；设备准确度等级：0.05级；设备输出电流范围：（4~20）mA。

3.2相关数学模型

该气体活塞式压力计在用于压力变送器的检定时，可以通过以下数学模型表示变送器输出的电流信号：在这一数学模型中各字母含义如下：△I表示压力变送器的输出误差，单位为mA；Im表示压力变送器输出量程，单位mA；I表示指压力变送器输出电流值，单位为mA；P代指输入压力值，单位kPa；Pm代指输入量程，单位k；I0指输出起始值，单位mA。

3.4对不同输入量估计值标准不确定度的评定方式

3.4.1输入量P的测量标准不确定度u(P)

气体活塞式压力计的输入值会在一定程度上影响输入量P的标准确定度，因环境温度造成的影响在这种情况下可被忽略不计。对于气体活塞式压力计而言，其最大误差应控制在±0.01%FS的范围内，此时如果按照均匀分布进行估计。

3.4.2输入量I的测量标准不确定度u(I)

以多功能校验仪的测量误差、待测试压力变送器重复输出电流为例，这两方面因素均会导致输出量I的标准不确定性。然而该数据测试同样可不计环境温度对其产生的影响。

压力变送器输出电流的重复性引入的不确定度u(I1)：基于重复性条件下，通过气体活塞式压力计进行测量，共得到101kPa、1250kPa、2500kPa、3750kPa、5000kPa和6250kPa共6个压力点，每个压力点分别测量10次，并以算术平均值作为每次独立测量的结果，因重复性造成的不确定度则以实验标准偏差进行评估，所得变送器平均值分别为4.2011mA、6.0012mA、8.0012mA、8.9212mA、12.0011mA及14.0010mA，其偏差s/(10-3mA)分别表现为6.99、4.83、8.5、3.79、4.71及0.00。在6个压力点中取其实验标准偏差最大值，作为变送器输出电流的重复性引入的不确定度。

结束语

结合上述内容来看，压力计在测量和校准表压和绝压上有着良好表现，0.01级气体活塞式压力计标准装置能够在授权范围内进行0.05级及以下精密压力表、压力变送器、数字压力计的检定与校准工作，其结果表现也符合国家相应要求及规定，因而能够在压力计量检定校准领域广泛应用。

参考文献：

[1]翁煜彬.压力变送器的测量不确定度评定[J].中国计量,2014(06):44.

[2]艾秋顺.压力变送器的测量不确定度分析[J].化工自动化及仪表,2015(04):188.