0.5級壓力變送器檢定裝置測量不確定度

　　某熱控試驗(yàn)室建有一套檢定裝置用以檢定/校準(zhǔn)壓力變送器，該壓力變送器檢定裝置將智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀與被檢壓力/差壓變送器用管道連通,以液體(或氣體)為傳壓介質(zhì),通過壓力源同時(shí)對壓力模塊及壓力變送器加壓，用直接比較法測量被檢變送器測量誤差。
一、概述
1.測量依據(jù):JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》、JJG882-2019《壓力變送器檢定規(guī)程》。
2.測量環(huán)境條件:溫度為21℃，相對濕度為60%。
3.測量標(biāo)準(zhǔn):以智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀作為成套標(biāo)準(zhǔn)器組，其詳細(xì)參數(shù)如表1所示。
 
4.被測對象:0.5級壓力變送器，其詳細(xì)參數(shù)，如表2所示。
 
5.測量問題:用比較法測得壓力變送器的輸出值，所選檢定點(diǎn)包括上、下限在內(nèi)，均勻選擇5個(gè)檢定點(diǎn)。
6.測量方法:根據(jù)JJG882--2019提供的設(shè)備連接方式，將智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀與被檢壓力變送器連接，并使導(dǎo)壓管中充滿傳壓介質(zhì)。使用壓力源平穩(wěn)地輸人壓力信號，讀取數(shù)字壓力計(jì)中顯示的壓力值及電流值，通過計(jì)算即可得到被檢壓力變送器示值誤差的測量結(jié)果。
7.評定結(jié)果的使用:標(biāo)準(zhǔn)儀器采用0.05級智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的壓力變送器檢定裝置，在符合上述條件下，一般可直接使用本測量不確定度的評定結(jié)果。
二、測量誤差的測量模型和靈敏系數(shù)
1.壓力變送器測量誤差的測量模型
 
　　式中:△I一壓力變送器各檢定點(diǎn)的示值誤差，mA;I一壓力變送器的輸出電流值，mA;Im一壓力變送器的電流輸出量程，mA;P一標(biāo)準(zhǔn)器輸人壓力值，Pa;P.一壓力變送器的壓力量程，Pa;△P-標(biāo)準(zhǔn)器與壓力變送器的受壓點(diǎn)不在同一高度產(chǎn)生的壓力差，Pa;I0一壓力變送器的輸出電流起始值，mA。
2.輸入壓力對壓力變送器輸出誤差的靈敏系數(shù)
 
3.輸出電流對變送器的靈敏系數(shù)
 
三、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源分析與評定
　　根據(jù)壓力變送器測量模型可知，壓力變送器檢定裝置標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源由輸入量P和輸人量I組成，下面對這兩個(gè)來源分別進(jìn)行分析評定。
1.輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)
　　由于該檢定裝置采用智能數(shù)字壓力計(jì)，輸人量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源是智能數(shù)字壓力計(jì)的顯示誤差，環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)器與壓力變送器受壓點(diǎn)高度差△P的影響可忽略。智能數(shù)字壓力計(jì)的最大允許誤差為±(0.05%x6)=±3x10^-3MPa。則α=3kPa。服從均勻分布，取k=√3,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
 
u(P)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度估計(jì)為95%，則自由度?1=200。
2.輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)
　　輸人量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源是校驗(yàn)儀電流測量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(I)和壓力變送器輸出電流的測量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(I)。
(1)校驗(yàn)儀電流測量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(I)
　　校驗(yàn)儀的最大允許示值誤差為±(0.01%x示值+0.0015mA)
　　壓力變送器的輸出電流的最大值為20mA,所以半寬為
α=(0.01%x20+0.0015)mA=0.0035mA
　　按均勻分布估計(jì)，則
 
U1(I)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度估計(jì)為95%，則自由度v21=200。
(2)壓力變送器輸出電流的測量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(I)
　　按檢定規(guī)程要求，在裝置上對試驗(yàn)壓力變送器在2.5MPa點(diǎn)分別進(jìn)行6次重復(fù)檢定，每次測試后壓力值應(yīng)降為0后，再進(jìn)行下一次測試。記錄6次測量結(jié)果，取平均值作為測量結(jié)果，6次測量結(jié)果的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為系統(tǒng)的重復(fù)性誤差。數(shù)據(jù)如表3所示。
　　在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際進(jìn)行了一次測試，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度(A類)可以用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差來評估。
u(I2)=s(yi)=0.0023mA,自由度”v22=5。
　　由于u(I1)和u(I2)相互獨(dú)立，因此
 
3.不確定度匯總(見表4)
四、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
　　u(P)和u(I)彼此間相互獨(dú)立，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(△I)及有效自由度veff分別為
 
 
五、擴(kuò)展不確定度
　　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度接近正態(tài)分布，按置信概率95%估計(jì)，包含因子可以查t分布表得到k95=T95(veff)=1.98，則擴(kuò)展不確定度U95=k95Xuc(△I)=0.012mA。
六、標(biāo)準(zhǔn)器選擇與符合性
　　標(biāo)準(zhǔn)器帶來的合成不確定度(不包括壓力變送器測量的重復(fù)性)uc(△I)為0.0058mA，自由度為312，取整為100，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(△I)接近正態(tài)分布，查t分布表得到k95=1.98。因此，檢定時(shí)由標(biāo)準(zhǔn)器帶來的擴(kuò)展不確定度為U=0.011mA。
　　被檢壓力變送器的最大允許誤差為±0.08mA。規(guī)程中要求“檢定用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備在檢定中引人的擴(kuò)展不確定度U應(yīng)不超過被檢壓力變送器最大允許誤差絕對值的1/4”，例中U(=0.011mA)<|±0.08mAI/4(=0.02mA)，所以標(biāo)準(zhǔn)器的選擇符合規(guī)程要求。
七、評定結(jié)果的驗(yàn)證與結(jié)論
　　通過對所評定出來的不確定度的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，以此判定評定結(jié)果是否合格。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量不確定度驗(yàn)證采用傳遞比較法進(jìn)行，用被考核的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測量某一穩(wěn)定的被測對象，然后將該對象用另一套更高一級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。最后將此自檢結(jié)果a與上級計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的檢定結(jié)果b進(jìn)行比較，分別求出在各檢定點(diǎn)的la-bl值。
　　對試驗(yàn)變送器進(jìn)行實(shí)測，數(shù)據(jù)如表5所示。
 
　　由表5計(jì)算可得bylab-yneflmax=0.002mA，小于擴(kuò)展不確定度0.011mA，評定合格。