提高壓力變送器測量能力的方法改進(jìn)與分析

摘要:通過(guò)對壓力變送器的測得值進(jìn)行不確定度分析，得出電測標準器是相對于壓力標準器對測得值更重要的影響因素，在實(shí)際工作中設法改善電測標準器的性能對于提高壓力變送器測量能力有顯著(zhù)作用;通過(guò)在測量系統中串接標準電阻，將電流測量方式轉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變?yōu)闃藴实碾姕y信號輸出的壓力儀表，智能型、高準確度壓力變送器在工程中被廣泛應用。［1］在壓力變送器的測量過(guò)程中，需要配備的主要標準設備為壓力標準器和電測標準器。實(shí)驗室條件下，為滿(mǎn)足對高準確度壓力變送器的測量要求，壓力標準器一般選擇性能穩定的活塞式壓力計，電測標準器可以選用經(jīng)濟適用的多功能校準器。因此，在測量過(guò)程中，標準器引入的不確定度應包括壓力標準器和電測標準器兩部分。［2］下面以檢定壓力變送器為案例對測得值進(jìn)行不確定度分析，進(jìn)而評判標準器選擇的符合性。
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;
準確度等級:0.1級;
輸出電流:(4～20)mA。
1.1.2選用的標準器信息
       活塞式壓力計:測量范圍(0.1～6)MPa，準確度等級0.01級多功能校準器:直流電流測量范圍(－25～25)mA，最大允許誤差±(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—多功能校準器的讀數值，mA;Im—變送器電流輸出量程，mA;P—標準器輸入壓力值，Pa;Pm—變送器壓力量程，Pa;I0—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:

輸出電流對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數:
cI=ΔI/I=1
1.3.1輸入量P的標準不確定度
       輸入量P的標準不確定度主要來(lái)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，準確度等級為0.01級的活塞式壓力計最大允許誤差不超過(guò)±0.6kPa，服從均勻分布，則:

1.3.2輸入量I的標準不確定度
       輸入量I的標準不確定度主要來(lái)源于多功能校準器的示值誤差，環(huán)境溫度的影響可忽略不計，此處只分析標準器引入的不確定度，不考慮測量重復性的影響。
多功能校準器直流電流測量范圍為(－25～25)mA，最大允許誤差不超過(guò)±6μA，服從均勻分布，則:

1.5合成標準不確定度
       由于u(P)、u(I)相互獨立，合成標準不確定度:

1.6擴展不確定度
取k=2，擴展不確定度U=2uc=7.2μA
2標準器選擇的符合性分析
       根據JJG882－2004《壓力變送器檢定規程》要求，檢定0.1級壓力變送器，標準器引入的擴展不確定度應不超過(guò)被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/3，由于7.2μA＞(±0.1%)×16mA|×1/3=5.3μA，即選取的標準器引入的擴展不確定度超過(guò)了被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/3，所以采取上述測量方法不能滿(mǎn)足檢定規程對0.1級變送器開(kāi)展檢定的要求。為了開(kāi)展工作的需要，通常的做法是花費高昂的價(jià)格更換準確度更高的標準器。
3方法改進(jìn)
       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，因此應當設法減小電流輸入量對整個(gè)標準設備的影響。［4－5］在不更換原有標準器的情況下，我們在測量系統中串接一個(gè)250Ω的標準電阻，利用多功能校準器的電壓測量模式對壓力變送器進(jìn)行測量。連接圖如圖1所示。

       由于多功能校準器的電壓測量準確度比電流測量準確度要高，如這臺MC6多功能校準器，電壓測量功能的最大允差為±(0.25mV+0.006%rdg)，串接一只二等250的標準電阻后，壓力變送器的輸出信號轉變?yōu)?1～5)V。下面我們再來(lái)計算標準器引入的不確定度。電壓測量的最大允許誤差為:

       由于3.2μA＜(±0.1%)×16mA×1/3=5.3μA，即標準器引入的擴展不確定度不超過(guò)被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/3，所以滿(mǎn)足規程對0.1級變送器開(kāi)展檢定的要求。
4總結
       通過(guò)對壓力變送器的測得值進(jìn)行不確定度分析，可以看出在壓力變送器的檢定過(guò)程中，相對于壓力標準器，電測標準器是對測得值更顯著(zhù)的影響因素，因此在實(shí)際工作中應當首先設法改善電測標準器的性能以提高壓力變送器測量能力。案例中僅僅在原有測量系統中加入一只標準電阻，充分利用多功能校準器技術(shù)指標更優(yōu)的電壓測量功能，將壓力變送器改變?yōu)殡妷狠敵龅臏y量方式，改進(jìn)方法后標準器引入的的擴展不確定度僅為原測量方式的49，大大提高了壓力變送器的測量能力。本案例沒(méi)有采用更換標準器的傳統做法，只是對測量方式加以改進(jìn)，既節省了經(jīng)濟成本，又滿(mǎn)足了規程的技術(shù)要求，對實(shí)際檢定工作有著(zhù)重要的參考意義和現實(shí)可行性。