摘 要: 本文介紹了實驗室參加 CNAS 組織的壓力變送器校準能力驗證活動情況,對本次能力驗證過程進行了分析。按照 JJF 1059. 1 - 2012 《測量不確定度的評定與表示》以及 JJG 882 - 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》,對各校準點的各不確定度分量主要來源進行分析與評定,根據(jù)壓力變送器校準的測量模型對其合成不確定度進行評定,結合測量數(shù)據(jù)計算出合成標準不確定度和擴展不確定度。根據(jù)參比實驗室及參考實驗室的能力驗證數(shù)據(jù),計算 En值。數(shù)據(jù)表明: 參比實驗室參加能力驗證結果為滿意。
0 引言
壓力變送器作為壓力計量器具,被廣泛應用于航空航天、國防科技工業(yè)、石油化工及精密儀表工業(yè)中。為了確定本單位靜態(tài)壓力實驗室校準壓力變送器的能力,保證靜態(tài)壓力量值傳遞的準確性,我所參加了 CNAS 組織的壓力變送器校準能力驗證活動。通過參與本次能力驗證活動,客觀反映了本實驗室校準壓力變送器的能力,同時增加了客戶對本實驗室的信心。
1、能力驗證過程概述
本次能力驗證要求參比實驗室依據(jù) JJG 882 - 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》,按照參比實驗室的校準和測量能力,對壓力變送器的正行程測量誤差進行校準。本次能力驗證的樣品信息及校準點如表 1所示。
1. 1 測量依據(jù)
JJG 882 - 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》。
1. 2 環(huán)境條件
溫度 20. 0℃,相對濕度 63% 。
1. 3 計量標準
智能數(shù)字壓力校驗儀( 具備壓力測量功能和電流測量功能,同時提供 DC24V 的電壓輸出) 。壓力測量范圍: ( 0 ~6) MPa,準確度等級:0. 05 級;電流測量范圍: ( 0 ~ 30) mA,#大允許誤差: ± ( 0. 02% RD + 0. 003% FS) 。
1. 4 被測對象
壓力變送器,測量范圍: ( 0 ~ 6) MPa,輸出電流: ( 4 ~ 20) mA。
1. 5 測量過程
按照 JJG 882 - 2019,將樣品和標準器接到壓力泵上,然后按以下步驟進行: ( 1) 將標準器和壓力變送器通 電 預 熱 30min; ( 2 ) 平穩(wěn)升壓至量程上限6MPa 處,保持壓力穩(wěn)定 30s,緩慢降至量程下限; ( 3) 逐 漸 平 穩(wěn) 升 壓,從低壓到高壓逐點測量,在 0MPa、2MPa、4MPa、6MPa 壓力點分別記錄壓力變送器輸出的電流值,然后緩慢泄壓,以此方法重復測量6 次。
2 測量模型及測量不確定度分析
2. 1 測量模型
ΔI = Id - It
式中: ΔI—壓力變送器輸出電流誤差,mA; Id—壓力變送器實際輸出電流值( 即數(shù)字壓力校驗儀電流檔讀數(shù)值) ,mA; It—輸出電流理論值,mA;
其中:故測量模型可表示為:
式中: P—標準器輸入壓力值,MPa; Im—壓力變送器電流輸出量程,mA; Pm—壓力變送器壓力量程,MPa; I0—壓力變送器輸出起始值,mA。由測量模型可得靈敏系數(shù)為:
2. 2 標準不確定度評定
2. 2. 1 輸入量 P 引入的標準不確定度 u( P)
輸入量 P 引入的標準不確定度主要來源于標準器壓力的示值誤差,其#大允許誤差為: ± 0. 05% FS,按均勻分布考慮,則:
2. 2. 2 輸入量Id引入的標準不確定度 u( Id )
輸入量 Id引入的標準不確定度主要來源是數(shù)字壓力校驗儀電流檔的示值誤差和測量重復性。
( 1) 三暢數(shù)字壓力校驗儀電流檔示值誤差引入的標準不確定度 u( Id1 )數(shù)字壓力校驗儀電流檔#大允許誤差: ± ( 0. 02% RD + 0. 003% FS)按均勻分布考慮,則:
0MPa 校準點:
2MPa 校準點:
4MPa 校準點:
6MPa 校準點:
( 2) 輸出電流測量重復性引入的標準不確定度u( Id2 )
當輸入壓力為 0MPa 時,在重復性條件下,對正行程連續(xù)測量10 次,得到一組測量值( 單位: mA) 為:
3. 9988、3. 9986、3. 9986、3. 9988、3. 9986、 3. 9984、3. 9984、3. 9986、3. 9988、3. 9984
本次校準要求對壓力變送器進行 6 個正行程的測量,取 6 次測量的平均值作為測量結果,則:
(由于電流測量分辨力為 0. 0001mA,故由電流測量分辨力引入的標準不確定度分量為: 0. 29 × 0. 0001mA = 0. 000029mA,小于由重復性引入的標準不確定度分量,故在此不考慮分辨力所引入的標準不確定度分量。)
以此方法,對 2MPa 點、4MPa 點、6MPa 點分別進行重復性測量,結果如表 2 所示。
2. 3 標準不確定度( 見表 3)
2. 4 合成標準不確定度uc( ΔI)
2. 5 擴展不確定度的評定
取包含因子 k = 2,則: 0MPa 校準點: 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00471 = 0. 00942mA 2MPa
校準點: 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00488 = 0. 00976mA 4MPa
校準點: 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00511 = 0. 01022mA 6MPa
校準點: 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00541 = 0. 01082mA
2. 6 測量不確定度的報告與表示
0MPa 校準點: ΔI = - 0. 001mA,
U = 0. 010mA; k = 2
2MPa 校準點: ΔI = + 0. 006mA,
U = 0. 010mA; k = 2
4MPa 校準點: ΔI = + 0. 014mA,
U = 0. 011mA; k = 2
6MPa 校準點: ΔI = + 0. 023mA,
U = 0. 011mA; k = 2
3 能力驗證結果評價
3. 1 評價方法
對于實驗室提交的結果,按照下式計算En值:
式中: XLAB—參比實驗室的結果; XREF—參考值; ULAB—參比實驗室結果的測量不確定度; UREF—參考值的測量不確 定度; ULAB和UREF的包含概率均為 95% 。
3. 2 評價準則
3. 3 本次能力驗證結果評價
本次能力驗證本實驗室和參考實驗室測量結果和不確定度如表 4 所示。
由表4 可以看出,本實驗室在 0MPa、2MPa、4MPa、 6MPa4 個校準點計算出的En值均小于 1,故本實驗室參加壓力變送器校準能力驗證結果為滿意。
4 能力驗證中應注意的事項
壓力變送器能力驗證的過程,應注意以下三個方面:
( 1) 實驗室環(huán)境: 實驗室應具有規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件,同時為使主標準器和樣品達到熱平衡,樣品到達后要提前放入實驗室,與主標準器在該環(huán)境條件下穩(wěn)定 2h 以上,以避免樣品溫度與實驗室環(huán)境溫度相差過大而影響校準結果。
( 2) 計量標準: 本次能力驗證采用的主標準器
為數(shù)字壓力計,由于數(shù)字壓力計的穩(wěn)定性問題,除了對數(shù)字壓力計進行周期檢定外,還應定期對數(shù)字壓力計進行期間核查,以保證標準器示值誤差在允差范圍內。
( 3) 傳壓介質: 校準使用氣體介質時,氣體應清潔干燥; 校準所使用介質為液體時,其運動粘度與酸值等關鍵指標應符合檢定規(guī)程要求,校準所用介質不能含有雜質,新添加的校準介質應放置一段時間后再行使用,以使介質溫度與室溫大體一致,避免介質溫度對校準結果的影響。