壓力變送器
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基于提高壓力變送器测量能力的方法改进与分析

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: 通过对壓力變送器的测得值进行不确定度分析,得出电测标准器是相对于压力标准器对测得值更重要的影响因素,在实际工作中设法改善电测标准器的性能对于提高壓力變送器测量能力有显著作用; 通过在测量系统中串接标准电阻,将电流测量方式转换为电压测量方式可以有效提高壓力變送器的测量能力。
0 引言
壓力變送器是一种将压力信号转变为标准的电测信号输出的压力仪表,智能型、高准确度壓力變送器在工程中被广泛应用。[1] 在壓力變送器的测量过程中,需要配备的主要标准设备为压力标准器和电测标准器。实验室条件下,为满足对高准确度壓力變送器的测量要求,压力标准器一般选择性能稳定的活塞式压力计,电测标准器可以选用经济适用的多功能校准器。因此,在测量过程中,标准器引入的不确定度应包括压力标准器和电测标准器两部分。[2] 下面以检定壓力變送器为案例对测得值进行不确定度分析,进而评判标准器选择的符合性。
1 不确定度分析 [3]
1. 1 概述
1. 1. 1 被测壓力變送器信息
测量范围: ( 0 ~6) MPa;
准确度等级: 0. 1 级;
输出电流: ( 4 ~20) mA。
1. 1. 2 选用的标准器信息
活塞式压力计: 测量范围( 0.1 ~6) MPa,准确度等级0.01 级多功能校准器: 直流电流测量范围( -25 ~25) mA,非常大允许误差 ±( 1μA +0.01%FS) 。
1. 1. 3 测量的环境条件
环境温度: ( 20. 0 ~20. 2) ℃;
相对湿度: ( 55 ~56) %。
1. 2 测量模型
壓力變送器测量误差的测量模型:
20190915103312.jpg
式中: ΔI—变送器的输出电流误差,mA; I—多功能校准器的读数值,mA; I m —变送器电流输出量程,mA; P—标准器输入压力值,Pa; P m —变送器压力量程,Pa; I 0 —变送器输出电流起始值,mA。
1. 3 不确定度分量分析
输入压力对壓力變送器输出误差的灵敏系数:
20190915103321.jpg
输出电流对壓力變送器输出误差的灵敏系数:
20190915103332.jpg
1. 3. 1 输入量 P 的标准不确定度
输入量 P 的标准不确定度主要来源于活塞式压力计,环境温度的影响可忽略不计。测量范围为( 0.1 ~6) MPa,准确度等级为 0.01 级的活塞式压力计非常大允许误差不超过 ±0.6 kPa,服从均匀分布,则:
20190915103341.jpg
1. 3. 2 输入量 I 的标准不确定度
输入量 I 的标准不确定度主要来源于多功能校准器的示值误差,环境温度的影响可忽略不计,此处只分析标准器引入的不确定度,不考虑测量重复性的影响。
多功能校准器直流电流测量范围为( - 25 ~25) mA,非常大允许误差不超过 ± 6μA,服从均匀分布,则:
20190915103350.jpg
20190915103350.jpg
2 标准器选择的符合性分析
根据 JJG882 - 2004《壓力變送器检定规程》要求,检定 0. 1 级壓力變送器,标准器引入的扩展不确定度应不超过被检壓力變送器非常大允许误差绝对值的 1/3,由于 7. 2μA > ( ± 0. 1%) × 16mA | × 1/3=5. 3μA,即选取的标准器引入的扩展不确定度超过了被检壓力變送器非常大允许误差绝对值的 1/3,所以采取上述测量方法不能满足检定规程对 0. 1 级变送器开展检定的要求。为了开展工作的需要,通常的做法是花费高昂的价格更换准确度更高的标准器。
3 方法改进
由表 1 可以看出,其中电流输入量引入的不确定度分量达到压力输入量引入的不确定度分量近 4倍,因此应当设法减小电流输入量对整个标准设备的影响。[4 -5] 在不更换原有标准器的情况下,我们在测量系统中串接一个 250Ω 的标准电阻,利用多功能校准器的电压测量模式对壓力變送器进行测量。连接图如图 1 所示。
20190915103427.jpg
由于多功能校准器的电压测量准确度比电流测量准确度要高,如这台 MC6 多功能校准器,电压测量功能的非常大允差为 ± ( 0. 25mV +0. 006% rdg) ,串接一只二等 250 的标准电阻后,壓力變送器的输出信号转变为( 1 ~5) V。下面我们再来计算标准器引入的不确定度。电压测量的非常大允许误差为:
20190915103516.jpg
4 总结
通过对壓力變送器的测得值进行不确定度分析,可以看出在壓力變送器的检定过程中,相对于压力标准器,电测标准器是对测得值更显著的影响因( 4) 没有严格按照技术要求安装,安装方式和现场环境不符合技术要求。
4 小结
计量器具的现场检定极大的方便了企业客户,可是企业现场对检定/校准工作具有较多的不可控因素的影响,本文主要针对现场检定/校准压力( 差压) 变送器过程中需要注意的事项和可能出现的问题进行了介绍和分析,希望能够对从事压力( 差压)变送器计量工作的同仁提供一点帮助。
注明,三暢儀表文章均爲原創,轉載請標明本文地址

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