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壓力變送器
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基于提高壓力變送器測量能力的方法改進與分析

作時間:2019-09-15  來源:江蘇省計量科學研究院  作者:何亞洲
   
摘 要: 通過對壓力變送器的測得值進行不確定度分析,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作用; 通過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為標準的電測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。實驗室條件下,為滿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濟適用的多功能校準器。因此,在測量過程中,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行不確定度分析,進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,非常大允許誤差 ±( 1μA +0.01%FS) 。
1. 1. 3 測量的環境條件
環境溫度: ( 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:
20190915103312.jpg
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; I m —變送器電流輸出量程,mA; P—標準器輸入壓力值,Pa; P m —變送器壓力量程,Pa; I 0 —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:
20190915103321.jpg
輸出電流對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數:
20190915103332.jpg
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源于活塞式壓力計,環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 級的活塞式壓力計非常大允許誤差不超過 ±0.6 kPa,服從均勻分布,則:
20190915103341.jpg
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源于多功能校準器的示值誤差,環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,非常大允許誤差不超過 ± 6μA,服從均勻分布,則:
20190915103350.jpg
20190915103350.jpg
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被檢壓力變送器非常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了被檢壓力變送器非常大允許誤差絕對值的 1/3,所以采取上述測量方法不能滿足檢定規程對 0. 1 級變送器開展檢定的要求。為了開展工作的需要,通常的做法是花費高昂的價格更換準確度更高的標準器。
3 方法改進
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 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行測量。連接圖如圖 1 所示。
20190915103427.jpg
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,電壓測量功能的非常大允差為 ± ( 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為( 1 ~5) V。下面我們再來計算標準器引入的不確定度。電壓測量的非常大允許誤差為:
20190915103516.jpg
4 總結
通過對壓力變送器的測得值進行不確定度分析,可以看出在壓力變送器的檢定過程中,相對于壓力標準器,電測標準器是對測得值更顯著的影響因( 4) 沒有嚴格按照技術要求安裝,安裝方式和現場環境不符合技術要求。
4 小結
計量器具的現場檢定極大的方便了企業客戶,可是企業現場對檢定/校準工作具有較多的不可控因素的影響,本文主要針對現場檢定/校準壓力( 差壓) 變送器過程中需要注意的事項和可能出現的問題進行了介紹和分析,希望能夠對從事壓力( 差壓)變送器計量工作的同仁提供一點幫助。
注明,三暢儀表文章均為原創,轉載請標明本文地址

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