淺談CNG壓力表在線檢測與不確定度評定

海明

（興安盟產(chǎn)品質(zhì)量計量檢測所，內(nèi)蒙古 興安盟 137713）

隨著科技的發(fā)展，能源的多元化。汽車動力也不僅僅只依靠原油。車載天然氣(以下簡稱“CNG”)技術(shù)已經(jīng)很成熟。

一、CNG壓力表電信號部分的工作原理

CNG壓力表指針上帶有霍爾元件，霍爾元件隨指針轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動改變了霍爾元件與固定在壓力表里的磁鋼板距離，使霍爾元件接受的磁場強度發(fā)生了變化，從而改變了輸出電壓信號的強弱。CNG壓力表的背后有3根連接線，線的顏色一般為紅、黑、黃。紅線為信號源供電電源，一般為直流電壓12V+2V，也有直流電壓5V的；黑線為搭鐵線；黃線為電壓信號的輸出線，輸出到駕駛室面板的LED燈的電路系統(tǒng)上。輸出電壓信號值有的隨壓力值的增大而增大，也有的隨壓力值的增大而減小。當(dāng)CNG壓力表的壓力為零時，黃線的輸出電壓信號最大，為12V或5V。隨著壓力表壓力增大，當(dāng)壓力達(dá)到20MPa左右時，輸出電壓信號最小，為0V左右。輸出的直流電壓信號通過汽車駕駛室操控臺上LED燈的電路轉(zhuǎn)換，將駕駛室儀表盤上的LED綠指示燈全亮，綠燈一般為4個，還有一個紅指示燈。當(dāng)壓力表壓力低于某一壓力值時，一般為紅指示燈亮，并報警，提醒駕駛員馬上加注天然氣，否則汽車無法正常行駛。綜上所述，CNG壓力表不能完全依照J(rèn)JG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》檢定。因為壓力值所對應(yīng)的輸出電壓信號值不準(zhǔn)確，或者沒有電信號輸出，導(dǎo)致駕駛室內(nèi)的LED指示燈顯示不正確，不能起到監(jiān)控壓力表壓力值的作用。只有CNG壓力表的壓力值和對應(yīng)的輸出直流電壓值都合格，CNG壓力表才合格。根據(jù)以上所述，特提出以下檢定CNG壓力表的方法。

二、檢定方法

檢定使用的標(biāo)準(zhǔn)器有0.2級數(shù)字壓力計，0.2級以上輸出直流電壓的多功能標(biāo)準(zhǔn)源，4位半數(shù)字萬用表以及產(chǎn)生60MPa壓力的輔助設(shè)備——高壓液體壓力泵?，F(xiàn)假設(shè)CNG壓力表供電電源直流電壓5V，隨著壓力值的增加，黃線的輸出電壓值逐漸降低。首先將CNG壓力表通過螺紋接頭固定在壓力泵上，連接部分要密封，不能在壓力泵加壓時漏變壓器油。將多功能源的電壓輸出的直流電壓的正極與CNG壓力表的紅線連接，多功能源的電壓輸出的直流電壓的負(fù)極與CNG壓力表的黑線連接，注意這個時候不要啟動多功能源，輸出5V直流電壓。再將數(shù)字萬用表電壓測試正極表筆與CNG壓力表的虛線連接，數(shù)字萬用表的公共地測試表筆與CNG壓力表的黑線連接，把萬用表旋鈕開關(guān)打到測試直流電壓20V擋位。進行電壓值檢定的4根連接線連接要牢靠，以輕輕抖動這些連接線不相互脫落為準(zhǔn)。接著檢查連接線是否正確，在確認(rèn)無誤的情況下，先將多功能源電源打開，通過儀器的按鍵向CNG壓力表的紅線和黑線輸出5V直流電壓，再將萬用表的電源打開，儀表顯示為0.000V。這時通過液體壓力泵給CNG壓力表加壓，壓力表部分按照J(rèn)JG52-2013檢定，在0～20MPa的壓力范圍內(nèi)，有數(shù)值的壓力點都要檢定，誤差為±2.5%FS，重點在檢定壓力值的同時，也要對黃線輸出的直流電壓值進行檢定。當(dāng)壓力泵未加壓時，CNG壓力表的壓力值為零，此時黃線輸出的直流電壓值為5V左右；開始對CNG壓力表加壓，當(dāng)0.2級數(shù)字壓力計顯示壓力值為5MPa時，CNG壓力表的示值應(yīng)在5MPa左右，示值誤差應(yīng)在±2.5%FS的范圍內(nèi)。而這時輸出的直流電壓，通過5V-（5V/20MPa）/5MPa這個公式，計算出在5MPa時直流電壓理論值應(yīng)在3.75V左右。當(dāng)0.2級數(shù)字壓力計在10MPa時，通過5V-（5V/20MPa）/10MPa計算，這時黃線的輸出直流電壓應(yīng)該在2.50V左右。以此類推，當(dāng)0.2級數(shù)字壓力計在15MPa時，黃線輸出的直流電壓值應(yīng)該在1.25V左右。當(dāng)CNG壓力表值達(dá)到20MPa時，黃線輸出的直流電壓值應(yīng)該在0.00V左右。

三、不確定度評定

1.測量模型。

式中：δ—被檢表示值誤差，Mpa;P N—被檢壓力表示值，Mpa;P S—精密數(shù)顯壓力表標(biāo)準(zhǔn)示值，Mpa。

2.方差。因各輸入量彼此不相關(guān)，則：

靈敏系數(shù)：

4.輸入量P N的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N)。輸入量P N的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要由(1)被檢壓力表重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;(2)檢定溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;(3)對被檢表估度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。①被檢壓力表重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N1)。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)15Mpa這點變化較大，對此在這點上以重復(fù)性條件下測量10次，取其升壓與降壓平均值作為測量結(jié)果。

單次標(biāo)準(zhǔn)實驗偏差：

重復(fù)性測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N1)：

②檢定溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N2)。由JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》可知壓力表檢定溫度為：(20±5)℃，可是在線檢測都是在戶外，有時無法滿足規(guī)程要求。根據(jù)GB/T1226-2010《一般壓力表》可進行溫度修正。在此我們并不做符合性判定，可把此分量引入不確定度。檢測時環(huán)境溫度為30℃，壓力表的溫度影響系數(shù)K=0.0004℃，Δt=10℃，服從均勻分布。

③對被檢表估度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N3)。被檢壓力表分度值為1Mpa，依照規(guī)程要求按分度值1/5估讀。服從均勻分布。

④輸入量P N的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P N)。

5.輸入量P S的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P S)。輸入量P S的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。（1）標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P S)

標(biāo)準(zhǔn)器為0.2級，(0～40)Mpa數(shù)顯精密壓力表。服從均勻分布。