基于提高壓力變送器測量能力的方法改進與分析

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

0 引言

壓力變送器是一種將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電測信號輸出的壓力儀表，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)器和電測標(biāo)準(zhǔn)器。實驗室條件下，為滿足對高準(zhǔn)確度壓力變送器的測量要求，壓力標(biāo)準(zhǔn)器一般選擇性能穩(wěn)定的活塞式壓力計，電測標(biāo)準(zhǔn)器可以選用經(jīng)濟適用的多功能校準(zhǔn)器。因此，在測量過程中，標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度應(yīng)包括壓力標(biāo)準(zhǔn)器和電測標(biāo)準(zhǔn)器兩部分。［2］ 下面以檢定壓力變送器為案例對測得值進行不確定度分析，進而評判標(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 被測壓力變送器信息

測量范圍: ( 0 ～6) MPa;

準(zhǔn)確度等級: 0. 1 級;

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: 測量范圍( 0.1 ～6) MPa，準(zhǔn)確度等級0.01 級多功能校準(zhǔn)器: 直流電流測量范圍( －25 ～25) mA，#大允許誤差 ±( 1μA +0.01%FS) 。

1. 1. 3 測量的環(huán)境條件

環(huán)境溫度: ( 20. 0 ～20. 2) ℃;

相對濕度: ( 55 ～56) %。

1. 2 測量模型

壓力變送器測量誤差的測量模型:

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

輸入壓力對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數(shù):

輸出電流對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，環(huán)境溫度的影響可忽略不計。測量范圍為( 0.1 ～6) MPa，準(zhǔn)確度等級為 0.01 級的活塞式壓力計#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，此處只分析標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度，不考慮測量重復(fù)性的影響。

多功能校準(zhǔn)器直流電流測量范圍為( － 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 級壓力變送器，標(biāo)準(zhǔn)器引入的擴展不確定度應(yīng)不超過被檢壓力變送器#大允許誤差覺對值的 1/3，由于 7. 2μA ＞ ( ± 0. 1%) × 16mA | × 1/3=5. 3μA，即選取的標(biāo)準(zhǔn)器引入的擴展不確定度超過了被檢壓力變送器#大允許誤差覺對值的 1/3，所以采取上述測量方法不能滿足檢定規(guī)程對 0. 1 級變送器開展檢定的要求。為了開展工作的需要，通常的做法是花費高昂的價格更換準(zhǔn)確度更高的標(biāo)準(zhǔn)器。

3 方法改進

由表 1 可以看出，其中電流輸入量引入的不確定度分量達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整個標(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，我們在測量系統(tǒng)中串接一個 250Ω 的標(biāo)準(zhǔn)電阻，利用多功能校準(zhǔn)器的電壓測量模式對壓力變送器進行測量。連接圖如圖 1 所示。

由于多功能校準(zhǔn)器的電壓測量準(zhǔn)確度比電流測量準(zhǔn)確度要高，如這臺 MC6 多功能校準(zhǔn)器，電壓測量功能的#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轉(zhuǎn)變?yōu)? 1 ～5) V。下面我們再來計算標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度。電壓測量的#大允許誤差為:

4 總結(jié)

通過對壓力變送器的測得值進行不確定度分析，可以看出在壓力變送器的檢定過程中，相對于壓力標(biāo)準(zhǔn)器，電測標(biāo)準(zhǔn)器是對測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)場環(huán)境不符合技術(shù)要求。

4 小結(jié)

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