一、壓力變送器與示值誤差測(cè)量

 壓力變送器

 一般意義上講，壓力變送器屬于一種測(cè)量?jī)x表，在工業(yè)領(lǐng)域得到**應(yīng)用，該儀表能夠?qū)毫ψ兞哭D(zhuǎn)變成多種可傳送的輸出信號(hào)，而信號(hào)將直接體現(xiàn)出反應(yīng)壓力的改變情況，并與壓力標(biāo)量之間存在一定的函數(shù)聯(lián)系。變送器兩側(cè)的壓力不一致，但工作原理相同，能夠?qū)⑿盘?hào)傳送到中控室當(dāng)中，對(duì)壓力進(jìn)行記錄、指示與控制，可見(jiàn)變送器在工業(yè)領(lǐng)域占有十分關(guān)鍵的地位。目前，變送器與**信息技術(shù)的結(jié)合日進(jìn)緊密，已經(jīng)研制出了智能變送器，使性能得到進(jìn)一步優(yōu)化。

 示值誤差

 示值誤差主要是指工業(yè)計(jì)算器中的測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)間的差別。在壓力變送器使用中，示值誤差是指變送器示值與真實(shí)數(shù)值之間的差距，同時(shí)也是主要計(jì)量特征之一。在測(cè)量中，不可避免會(huì)存在誤差情況，無(wú)法保障****的準(zhǔn)確度，壓力變送器中允許存在的*大誤差值便是測(cè)量不確定度，通常情況下，在尚未修正時(shí)示值便可代表*終結(jié)果，而不確定度只是一種與測(cè)量結(jié)果間的聯(lián)系，與其他概念不相關(guān)。測(cè)量不確定度受多種因素影響，包括溫度、濕度、壓力、電磁干擾等等，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間與地點(diǎn)，考慮到被測(cè)對(duì)象的誤差大小、測(cè)量范圍、儀器**度、輸出電流條件、測(cè)量數(shù)據(jù)等多個(gè)方面。

 測(cè)量條件與方法

 以壓力變送器檢定規(guī)程為依據(jù)，在溫度為20.5℃，濕度為48%RH的條件下，針對(duì)0.02級(jí)壓力器的示值不確定度進(jìn)行驗(yàn)證，其量程為0~40MPa，允許的*大誤差范圍在±0.02%FS，電流模塊為0~25Ma，*大誤差區(qū)間為±0.02%，壓力器的**度為0.5級(jí)。偶遇被測(cè)儀器的量程不同，因此測(cè)量過(guò)程也不盡相同，采用對(duì)被測(cè)儀器相對(duì)應(yīng)的壓力校驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。在檢定之前，將檢定設(shè)備與被測(cè)儀器連接完畢后，對(duì)檢定系統(tǒng)進(jìn)行一定時(shí)間的預(yù)熱，并對(duì)被測(cè)設(shè)備預(yù)加測(cè)量壓力3次。對(duì)于0.5級(jí)壓力變送器來(lái)說(shuō)，應(yīng)在測(cè)量面積中選取6個(gè)檢定點(diǎn)，進(jìn)行反復(fù)三次檢定，然后以檢測(cè)規(guī)程為依據(jù)，對(duì)被測(cè)儀器的各項(xiàng)誤差進(jìn)行評(píng)定。

二、數(shù)學(xué)模型與靈敏系數(shù)

 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

 本次檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建的壓力變送器模型為：

 式中，△I代表的是變送器中的輸出誤差；單位為mA；Im代表的是變送器輸出量程，單位為mA；I代表的是變送器輸出電流數(shù)值，單位為mA；Pm代表的是變送器輸入量程數(shù)值，單位為MPa；P代表的是變送器輸入壓力大小，單位為MPa；I0代表的是變送器輸出起始，單位為mA。

 靈敏系數(shù)

在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，被測(cè)對(duì)象的變送器測(cè)量區(qū)間在0~32MPa之間，輸出電流為4~20mA。因此，對(duì)于變送器來(lái)說(shuō)，輸入壓力靈敏系數(shù)的計(jì)算公式為：

 由此可計(jì)算出輸出電流的靈敏系數(shù)為：

三、不確定度分量的評(píng)定

 輸入量P的不確定度

 在壓力校準(zhǔn)過(guò)程中，對(duì)示值誤差引入不確定度進(jìn)行分析，產(chǎn)生的主要原因在于標(biāo)準(zhǔn)壓力模塊，準(zhǔn)確度為0.05級(jí)，通過(guò)B類(lèi)方式進(jìn)行評(píng)定，允許的*大誤差區(qū)間在±0.05%FS，*大輸出壓力為2.5MPa，在此范圍內(nèi)半寬度的數(shù)值為0.00125MPa，根據(jù)均勻分布原則，其中包括的因子K數(shù)值為3，不確定度u（p）的數(shù)值為0.00125與3的比值，即0.007MPa，不確定度為5%，自由度v的數(shù)值為200。

 輸入量I的不確定度

 電流示值誤差

該不確定度產(chǎn)生的主要原因在于壓力校驗(yàn)器中電流示值誤差，通過(guò)B類(lèi)方式進(jìn)行評(píng)定，誤差范圍在±0.02%，該校驗(yàn)器的測(cè)量區(qū)間在0~2.5MPa之間，變送器中的*大電流量為20mA，區(qū)間的半寬度為0.0047mA，根據(jù)均勻分布原則，其中包含因子K，數(shù)值為3，不確定度為u，數(shù)值為0.0047與3的比值，即0.0027mA，不確定度為5%，自由度為200。

 數(shù)值修約

 在對(duì)變送器的計(jì)量情況進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)變送器自身的合格率判斷應(yīng)以修約后的數(shù)值為依據(jù)。因此，數(shù)值修約也成為不確定度產(chǎn)生的主要原因之一，需要對(duì)該因素進(jìn)行判定。

以壓力變送器檢定規(guī)程為依據(jù)，通過(guò)四舍五入的方式對(duì)小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)進(jìn)行保留，使其與變送器*大誤差相比較小，即1/10~1/20之間。在相關(guān)規(guī)程的指導(dǎo)下，需要對(duì)0.5級(jí)變動(dòng)器的*大允許誤差進(jìn)行檢驗(yàn)，*大誤差區(qū)間為±0.08mA，在分散的半寬度的數(shù)值為0.00005mA，在此范圍內(nèi)包括的因子K數(shù)值為3，不確定度u（p）的數(shù)值為0.00005與3的比值，即0.0003Pa，不確定度為5%，自由度v的數(shù)值為200。

 輸出電流測(cè)量重復(fù)性

 通過(guò)反復(fù)測(cè)量的方式能夠?qū)υ摬淮_定度進(jìn)行檢定，使用A類(lèi)測(cè)量方式，在相關(guān)規(guī)程的指導(dǎo)下，將檢測(cè)溫度調(diào)至23℃，濕度調(diào)至50%RH，采用五臺(tái)性能較好的相同型號(hào)變送器，然后選擇五個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在條件相同的情況下，對(duì)輸出電流進(jìn)行反復(fù)十次測(cè)量，*后對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.0007mA，由于利用上述公式對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差0MPa進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，只能說(shuō)明該點(diǎn)的不確定度情況，無(wú)法展示出其他定點(diǎn)的情況。對(duì)此，為了對(duì)不同檢定點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以采用A類(lèi)測(cè)量的方式，通過(guò)將樣本標(biāo)準(zhǔn)差合并的方式，在條件不變的情況下，對(duì)不同的檢定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，這樣做測(cè)量結(jié)果將會(huì)變得更加科學(xué)、合理。根據(jù)其他檢定點(diǎn)的實(shí)際情況，對(duì)剩余點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行就按，能夠得出五組計(jì)算結(jié)果，分別為0.0007mA、0.0007mA、0.0055mA、0.0011mA以及0.0008mA。對(duì)此，將樣本標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行合成后得出數(shù)值為0.0026mA。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)情況，在條件不變的情況下進(jìn)行二次測(cè)量，將兩次測(cè)量結(jié)果取平均值，為0.0018mA，自由度為45。

 輸入量I不確定度

 由于各個(gè)不確定度在分量上不盡相同，且屬于相互獨(dú)立的狀態(tài)，需要對(duì)輸入量I的不確定度進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，公式為：

 合成不確定度

由于u（p）與u（I）之間相互處于獨(dú)立狀態(tài)，對(duì)此，在對(duì)合成不確定度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要將二者進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，分別為：

 有效自由度的計(jì)算公式為：

 擴(kuò)展不確定度

上述合成不確定度已經(jīng)與正態(tài)分布十分相似，根據(jù)置信概率，其中包含因子k的數(shù)值可取1.96，此時(shí)擴(kuò)展不確定度的計(jì)算公式為：

 U＝1.96uc（△I）＝1.96×3.7μA＝7.3μA

 不確定度報(bào)告

針對(duì)壓力變送器示值誤差進(jìn)行檢測(cè)后，得出合成不確定uc的數(shù)值為3.7μA，拓展不確定度為7.3μA，自由度為300。在本文的研究中，變送器的允許誤差區(qū)間在±80μA之間，能夠與規(guī)程中所要求的檢定內(nèi)容相符合，并且將引入擴(kuò)展的不確定與被檢測(cè)儀器的允許誤差進(jìn)行對(duì)比，可小于其*值的1/4，也就是20μA。

四、結(jié)語(yǔ)

 綜上所述，測(cè)量不確定度作為一種重要概念，能夠?qū)z測(cè)質(zhì)量、效率產(chǎn)生直接影響。在本文的研究中，根據(jù)變送器檢定規(guī)程，對(duì)各個(gè)變量的不確定度、誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并對(duì)合成不確定度、有效自由度等進(jìn)行了計(jì)算，從而為相同類(lèi)型不確定度的測(cè)量與評(píng)定提供有力的參考依據(jù)。