壓力傳感器輸出電流測量結果的不確定度評定

董培鴻

摘要： 參照JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》、JJG875-2005《數字壓力計檢定規程》等對壓力傳感器進行校準，按照JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》要求，對壓力傳感器的測量結果進行了不確定度的評定。

Abstract： According to JJG882-2004 "Pressure Transmitter Verification Rules" and JJG875-2005 "Digital Pressure Gauge Verification Rules"， the pressure sensor is calibrated， and in accordance with the requirements of JJF1059.1-2012 "Measurement Uncertainty Assessment and Representation"， the uncertainty of measurement result of the pressure sensor is evaluated.

關鍵詞： 壓力傳感器；輸出電流；不確定度的評定

Key words： pressure sensor；output current；evaluation of uncertainty

中圖分類號：TH812 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0224-02

0 引言

壓力傳感器是一種工業用壓力測量儀器。傳感器通過采集頭取得壓力后，由壓力傳感元件進行電信號的轉換，將壓力變量轉換為相應的數字信號，最終顯示壓力值或輸出模擬量信號，而且其輸出信號與壓力變量之間有一給定的連續函數關系（通常為線性函數）。晉城市質量技術監督檢驗測試所接收送檢的壓力傳感器主要用于煤層氣抽采企業，測量范圍為（-100～0）kPa，輸出直流電流信號為（1～5）mA。但是，目前國家尚沒有針對此種壓力傳感器的相關技術參數的專業檢定規程或校準規范，無法應用統一的技術指標和鑒定方法科學衡量壓力傳感器的性能，為校準我市現有壓力傳感器，我們參照JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》、JJG875-2005《數字壓力計檢定規程》等編制了《礦用壓力傳感器校準方法》，并且對壓力傳感器測量結果進行了不確定度評定

1 測量過程簡述

①測量依據： JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》。

②測量環境條件：溫度（20±5）℃，相對濕度：（50～60）%。

③測量標準：智能數字壓力校驗儀，準確度等級0.02%；量程范圍（-100～250）kPa。

④測量對象：壓力傳感器，量程為（0～-100）kPa，輸出為（1～5）mA，1級。

⑤測量方法：利用標準壓力發生器從下限開始平穩地輸入壓力信號到各測量點，讀取并記錄顯示值直至上限，然后反方向平穩改變壓力信號到各測量點，讀取并記錄顯示值直至下限，這為一個循環，如此進行三個循環的測量。

⑥評定結果的使用：符合上述條件下的測量結果，一般可直接使用本不確定度的評定方法。

2 數學模型

測量的數學模型可用下式表示：？駐I=I-（-As+I0）

式中：？駐I為被檢壓力傳感器測量電流值示值誤差，mA；

I為測量電流值，mA；

Im為壓力傳感器電流輸出量程，mA；

I0為壓力傳感器輸出電流起始值，mA；

Am為壓力傳感器量程，kPa；

As為壓力傳感器各測量點的標準值，kPa。

3 各輸入量的標準不確定度評定

3.1 輸入量I的不確定度u（I）的評定

輸入量I的不確定度來源主要是對壓力傳感器進行重復性測量引入的和標準電流表導致的不確定度。

①壓力傳感器進行重復性測量引入的不確定度，采用A類方法進行評定，在-50kPa（理論輸出值為3.000mA）測量點上做10次重復性測量，得到數據如下：3.006，3.008，

3.006，3.005，3.000，3.002，3.006，3.008，3.010，3.005。單次測量實驗標準差

s==0.0029mA

任選三臺同類型的儀器分別在-25 kPa，-50kPa，-75kPa測量點按照上述方法進行重復性測量，得到單次實驗標準差，如表1。

合成樣本標準偏差。

sp==0.0028mA

在實際測量過程中，每個測量點連續測量6次，以平均值為測量結果，其不確定度的平均值為：

u（I1）==0.0012mA

②標準電流表引入的不確定度采用B類方法進行評定，說明書技術指標可知電流表的最大允許誤差為

±（0.02%RD+0.003%FS），在3.000mA點計算得最大允許誤差為±0.0024mA，按均勻分布，取k為，則標準不確定度為：

U（I2）==0.0014mA

輸入量I的標準不確定度為

u（I）==0.0019mA

3.2 輸入量As的不確定度u（As）的評定

As的標準不確定度來源主要由智能數字壓力校驗儀的測量不確定度引入的，采用B類方法進行評定。

智能數字壓力校驗儀檢定證書給出其符合0.02級，其為矩形分布k=，則其不確定度：

u（As）=0.02%×350kPa÷≈0.05kPa

4 合成標準不確定度及擴展不確定度的評定

4.1 靈敏度系數

輸入I的靈敏系數：c1==1

輸入As的靈敏系數：c2==-0.04

4.2 各不確定度分量匯總及計算表

4.3 合成標準不確定度

輸入量I與As彼此獨立不相關，則合成標準不確

定度：

uc==0.0028mA

4.4 擴展不確定度評定

計算擴展不確定度取擴展因子k=2

U=0.006mA k=2

用同樣的方法分別對-25kPa，-75kPa處進行不確定度評定，結果如下：

-25kPa處：合成標準不確定度為：uc=0.0027mA

擴展不確定度為： U=0.006mA k=2

-75kPa處：合成標準不確定度為：uc=0.0029mA

擴展不確定度為： U=0.006mA k=2

5 測量結果不確定度的報告

壓力傳感器輸出電流測量結果的擴展不確定度為：

-25kPa（2mA）處： 0.006mA k=2

-50kPa（3mA）處： 0.006mA k=2

-75kPa（4mA）處： 0.006mA k=2

參考文獻：

[1]JJG882-2004，壓力變送器檢定規程[S].北京：中國計量出版社，2004.

[2]JJF1059.1-2012，測量不確定度評定與表示[S].北京：中國質檢出版社，2013.

[3]JJG875-2005，數字壓力計檢定規程[S].北京：中國計量出版社，2006.endprint