壓力傳感器輸出電流測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

董培鴻

摘要： 參照J(rèn)JG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》、JJG875-2005《數(shù)字壓力計(jì)檢定規(guī)程》等對(duì)壓力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，按照J(rèn)JF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》要求，對(duì)壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度的評(píng)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(guān)鍵詞： 壓力傳感器；輸出電流；不確定度的評(píng)定

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TH812 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）34-0224-02

0 引言

壓力傳感器是一種工業(yè)用壓力測(cè)量?jī)x器。傳感器通過(guò)采集頭取得壓力后，由壓力傳感元件進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將壓力變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，最終顯示壓力值或輸出模擬量信號(hào)，而且其輸出信號(hào)與壓力變量之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系（通常為線性函數(shù)）。晉城市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所接收送檢的壓力傳感器主要用于煤層氣抽采企業(yè)，測(cè)量范圍為（-100～0）kPa，輸出直流電流信號(hào)為（1～5）mA。但是，目前國(guó)家尚沒(méi)有針對(duì)此種壓力傳感器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)的專(zhuān)業(yè)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，無(wú)法應(yīng)用統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)和鑒定方法科學(xué)衡量壓力傳感器的性能，為校準(zhǔn)我市現(xiàn)有壓力傳感器，我們參照J(rèn)JG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》、JJG875-2005《數(shù)字壓力計(jì)檢定規(guī)程》等編制了《礦用壓力傳感器校準(zhǔn)方法》，并且對(duì)壓力傳感器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定

1 測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)述

①測(cè)量依據(jù)： JJG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》。

②測(cè)量環(huán)境條件：溫度（20±5）℃，相對(duì)濕度：（50～60）%。

③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀，準(zhǔn)確度等級(jí)0.02%；量程范圍（-100～250）kPa。

④測(cè)量對(duì)象：壓力傳感器，量程為（0～-100）kPa，輸出為（1～5）mA，1級(jí)。

⑤測(cè)量方法：利用標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器從下限開(kāi)始平穩(wěn)地輸入壓力信號(hào)到各測(cè)量點(diǎn)，讀取并記錄顯示值直至上限，然后反方向平穩(wěn)改變壓力信號(hào)到各測(cè)量點(diǎn)，讀取并記錄顯示值直至下限，這為一個(gè)循環(huán)，如此進(jìn)行三個(gè)循環(huán)的測(cè)量。

⑥評(píng)定結(jié)果的使用：符合上述條件下的測(cè)量結(jié)果，一般可直接使用本不確定度的評(píng)定方法。

2 數(shù)學(xué)模型

測(cè)量的數(shù)學(xué)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(cè)量電流值示值誤差，mA；

I為測(cè)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(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1 輸入量I的不確定度u（I）的評(píng)定

輸入量I的不確定度來(lái)源主要是對(duì)壓力傳感器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量引入的和標(biāo)準(zhǔn)電流表導(dǎo)致的不確定度。

①壓力傳感器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度，采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定，在-50kPa（理論輸出值為3.000mA）測(cè)量點(diǎn)上做10次重復(fù)性測(cè)量，得到數(shù)據(jù)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(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

s==0.0029mA

任選三臺(tái)同類(lèi)型的儀器分別在-25 kPa，-50kPa，-75kPa測(cè)量點(diǎn)按照上述方法進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，得到單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差，如表1。

合成樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差。

sp==0.0028mA

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量6次，以平均值為測(cè)量結(jié)果，其不確定度的平均值為：

u（I1）==0.0012mA

②標(biāo)準(zhǔn)電流表引入的不確定度采用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定，說(shuō)明書(shū)技術(shù)指標(biāo)可知電流表的最大允許誤差為

±（0.02%RD+0.003%FS），在3.000mA點(diǎn)計(jì)算得最大允許誤差為±0.0024mA，按均勻分布，取k為，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

U（I2）==0.0014mA

輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

u（I）==0.0019mA

3.2 輸入量As的不確定度u（As）的評(píng)定

As的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源主要由智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的測(cè)量不確定度引入的，采用B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀檢定證書(shū)給出其符合0.02級(jí)，其為矩形分布k=，則其不確定度：

u（As）=0.02%×350kPa÷≈0.05kPa

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

4.1 靈敏度系數(shù)

輸入I的靈敏系數(shù)：c1==1

輸入As的靈敏系數(shù)：c2==-0.04

4.2 各不確定度分量匯總及計(jì)算表

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量I與As彼此獨(dú)立不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確

定度：

uc==0.0028mA

4.4 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

計(jì)算擴(kuò)展不確定度取擴(kuò)展因子k=2

U=0.006mA k=2

用同樣的方法分別對(duì)-25kPa，-75kPa處進(jìn)行不確定度評(píng)定，結(jié)果如下：

-25kPa處：合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：uc=0.0027mA

擴(kuò)展不確定度為： U=0.006mA k=2

-75kPa處：合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：uc=0.0029mA

擴(kuò)展不確定度為： U=0.006mA k=2

5 測(cè)量結(jié)果不確定度的報(bào)告

壓力傳感器輸出電流測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)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(xiàn)：

[1]JJG882-2004，壓力變送器檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004.

[2]JJF1059.1-2012，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

[3]JJG875-2005，數(shù)字壓力計(jì)檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006.endprint