煤礦用差壓傳感器校準方法的研究和實現①

王曉明

摘 ? 要：煤礦井下測量儀器設備在煤礦生產中起重要作用，計量結果的準確性、可靠性直接影響煤礦的安全生產。加強煤礦安全測量儀器的計量檢定和校準是實現煤炭工業持續健康發展的重要保障，也是加強煤礦安全生產工作的迫切要求。煤礦用差壓傳感器具有檢測精度高、性能穩定、壽命長等特點，目前逐漸成為煤礦井下檢測甲烷的測量儀器，數量逐年增多。煤礦用差壓傳感器廣泛用于煤礦井下的壓差監測，是煤礦安全生產和計量管理重要的計量器具，目前還沒有相應的計量檢定規程或校準規范，使用單位和檢測機構在傳感器量值溯源和傳遞上沒有依據。現將傳感器校準方法研究提供給大家參考、討論。

關鍵詞：煤礦用差壓傳感器 ?校準方法 ?研究 ?實現

中圖分類號：TP212 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0012-02

1 ?引言

煤礦用差壓傳感器（以下簡稱傳感器）是主要用于礦井風機、風門密閉、通風巷道等地的差壓進行連續監測、并實時顯示被測點的差壓值和報警監控的功能。目前還沒有相應的計量檢定規程或校準規范，使用單位和檢測機構在傳感器量值溯源和傳遞上沒有依據?，F將傳感器檢定研究提供給大家參考、討論。

2 ?傳感器的工作原理

傳感器通過采集頭取得差壓后，由壓力傳感器元件進行電信號的轉換，放大后，經過單片機處理，再分配給各單元，最終在顯示屏顯示壓力值和輸出數字量或模擬量信號傳輸到關聯設備，實現遠程集中監控。

3 ?傳感器校準項目及基本誤差校準方法

3.1 傳感器標準

接通電源，待傳感器零點穩定后，用標準壓力發生器對傳感器量程的50%的校準點進行標準，在以后的校準中不得再次標準。

3.2 傳感器的基本誤差校準方法

3.2.1 校準點的選擇

校準點的選擇應按量程基本均布，一般應包括上限值、下限值在內不少于5個點。

3.2.2 校準方法

校準從下限開始平穩地輸入壓力信號到各校準點，讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值（換算為壓力值）至上限;保持1min，然后反方向平穩改變壓力信號到各檢測點，讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值（換算為壓力值）至下限，這為一次循環。如此進行3個循環的校準，取其算術平均值與標準器示值的差值與滿量程之比，為示值誤差。傳感器的示值誤差按公式（1）計算。

（1）

式中：

——傳感器的示值誤差，%;

——傳感器的測量平均值，kPa;

——標準器的示值，kPa;

——傳感器的滿量程（即上限值與下限值之差），kPa。

3.2.3 信號傳輸誤差

按3.3.2方法重復測定3次，取其算術平均值與傳感器顯示值或傳感器輸出信號值（換算為壓力值）的差值，即傳感器的信號傳輸誤差。

（2）

式中：

Gm——輸出電信號上限對應的壓力值，kPa;

G0——輸出電信號下限對應的壓力值，kPa;

Pm——輸出電信號上限標稱值，Hz;

P0——輸出電信號下限標稱值，Hz;

——各點的輸出信號的算術平均值，Hz;

——各點的輸出信號的算術平均值換算的壓力值，kPa。

再按式（3）計算傳感器各點的信號傳輸誤差。取最大的為傳感器的信號傳輸誤差。

（3）

式中：

——各點的信號傳輸誤差;

——各點的輸出信號的算術平均值換算的壓力值，kPa;

——各點的顯示值算術平均值，kPa。

4 ?示值誤差的測量不確定度分析

4.1 測量對象

量程為（-15kPa～5kPa）的煤礦用差壓傳感器 ，最大允許誤差為2.0%FS。

4.2 測量時環境條件

溫度：21℃;濕度：（50～53）%RH。

4.3 測量模型

（4）

式中：

δ——儀器的示值誤差，%;

——儀器的測量平均值，kPa;

x0——標準器的示值，kPa;

xm——儀器的滿量程（即上限值與下限值之差），kPa。

靈敏系數可通過對公式（1）求導得出：

4.4 不確定度分量的計算

4.4.1 重復性引入的不確定度

被檢儀器測量重復性，可以通過重復性條件下的用標準壓力發生器連續多次測量煤礦用差壓傳感器得到測量數列，采用A類評定方法評定。

4.4.2 標準壓力發生器引入的不確定度分量u（p）

采用B類評定方法。根據MT 393-1995《煤礦用差壓傳感器通用技術條件》要求，標準壓力發生器準確度級別不低于0.05級，這里取最大值0.05%FS， 即0.05kPa，設服從均勻分布，則其引入不確定度分量為：

4.5 合成標準不確定度

各輸入分量互不相關，按不確定度傳播律進行合成：

根據公式（2）、（3）、（4），將各不確定度分量值帶入，計算各校準點的靈敏系數、合成標準不確定度匯總如表2。

4.6 擴展不確定度

取包含因子k=2，則各校準點擴展不確定度如表3所示。

5 ?結果分析

通過分析各校準點的合成不確定度與本規程擬定的示值誤差指標，煤礦用差壓傳感器最大允許誤差為±2.0%FS，即±0.4kPa，與表3數據比較，結果表明各個校準點的示值誤差測得值的不確定度與規程擬定的最大允許誤差限之比均滿足小于或等于1：3，符合JJF 1094-2002《測量儀器特性評定》、MT 393-1995《煤礦用差壓傳感器通用技術條件》和JJF1033-2016《計量標準考核規范》的相關要求，說明規程制定的技術指標合理，校準方案可行可靠。

參考文獻

[1] JJF1059.1-2012，測量不確定度的評定與表示[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2] MT 393-1995，礦用差壓傳感器通用技術條件[S].北京：中國標準出版社，1995.

[3] JJF1094-2002，測量儀器特性評定[S].北京：中國標準出版社，2012.