一、壓力變送器與示值誤差測量

 壓力變送器

 一般意義上講，壓力變送器屬于一種測量儀表，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，而信號將直接體現(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盘杺魉偷街锌厥耶?dāng)中，對壓力進(jìn)行記錄、指示與控制，可見變送器在工業(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)計算器中的測量數(shù)據(jù)與實際數(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數(shù)值之間的差距，同時也是主要計量特征之一。在測量中，不可避免會存在誤差情況，無法保障****的準(zhǔn)確度，壓力變送器中允許存在的*大誤差值便是測量不確定度，通常情況下，在尚未修正時示值便可代表*終結(jié)果，而不確定度只是一種與測量結(jié)果間的聯(lián)系，與其他概念不相關(guān)。測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，在測量過程中應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)臅r間與地點，考慮到被測對象的誤差大小、測量范圍、儀器**度、輸出電流條件、測量數(shù)據(jù)等多個方面。

 測量條件與方法

 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0.02級壓力器的示值不確定度進(jìn)行驗證，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。偶遇被測儀器的量程不同，因此測量過程也不盡相同，采用對被測儀器相對應(yīng)的壓力校驗設(shè)備進(jìn)行檢測。在檢定之前，將檢定設(shè)備與被測儀器連接完畢后，對檢定系統(tǒng)進(jìn)行一定時間的預(yù)熱，并對被測設(shè)備預(yù)加測量壓力3次。對于0.5級壓力變送器來說，應(yīng)在測量面積中選取6個檢定點，進(jìn)行反復(fù)三次檢定，然后以檢測規(guī)程為依據(jù)，對被測儀器的各項誤差進(jìn)行評定。

二、數(shù)學(xué)模型與靈敏系數(shù)

 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

 本次檢測實驗中構(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)

在檢測實驗中，被測對象的變送器測量區(qū)間在0~32MPa之間，輸出電流為4~20mA。因此，對于變送器來說，輸入壓力靈敏系數(shù)的計算公式為：

 由此可計算出輸出電流的靈敏系數(shù)為：

三、不確定度分量的評定

 輸入量P的不確定度

 在壓力校準(zhǔn)過程中，對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，通過B類方式進(jìn)行評定，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器中電流示值誤差，通過B類方式進(jìn)行評定，誤差范圍在±0.02%，該校驗器的測量區(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

 在對變送器的計量情況進(jìn)行檢測過程中，對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)，通過四舍五入的方式對小數(shù)點后的位數(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0.5級變動器的*大允許誤差進(jìn)行檢驗，*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。

 輸出電流測量重復(fù)性

 通過反復(fù)測量的方式能夠?qū)υ摬淮_定度進(jìn)行檢定，使用A類測量方式，在相關(guān)規(guī)程的指導(dǎo)下，將檢測溫度調(diào)至23℃，濕度調(diào)至50%RH，采用五臺性能較好的相同型號變送器，然后選擇五個測量點進(jìn)行測量。在條件相同的情況下，對輸出電流進(jìn)行反復(fù)十次測量，*后對測量的結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性實驗。單次實驗標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.0007mA，由于利用上述公式對實驗標(biāo)準(zhǔn)差0MPa進(jìn)行重復(fù)測量，只能說明該點的不確定度情況，無法展示出其他定點的情況。對此，為了對不同檢定點的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，可以采用A類測量的方式，通過將樣本標(biāo)準(zhǔn)差合并的方式，在條件不變的情況下，對不同的檢定點進(jìn)行測量，這樣做測量結(jié)果將會變得更加科學(xué)、合理。根據(jù)其他檢定點的實際情況，對剩余點的實驗標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行就按，能夠得出五組計算結(jié)果，分別為0.0007mA、0.0007mA、0.0055mA、0.0011mA以及0.0008mA。對此，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)實際檢測情況，在條件不變的情況下進(jìn)行二次測量，將兩次測量結(jié)果取平均值，為0.0018mA，自由度為45。

 輸入量I不確定度

 由于各個不確定度在分量上不盡相同，且屬于相互獨立的狀態(tài)，需要對輸入量I的不確定度進(jìn)行單獨計算，公式為：

 合成不確定度

由于u（p）與u（I）之間相互處于獨立狀態(tài)，對此，在對合成不確定度進(jìn)行計算時，需要將二者進(jìn)行單獨計算，分別為：

 有效自由度的計算公式為：

 擴展不確定度

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，此時擴展不確定度的計算公式為：

 U＝1.96uc（△I）＝1.96×3.7μA＝7.3μA

 不確定度報告

針對壓力變送器示值誤差進(jìn)行檢測后，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，并且將引入擴展的不確定與被檢測儀器的允許誤差進(jìn)行對比，可小于其*值的1/4，也就是20μA。

四、結(jié)語

 綜上所述，測量不確定度作為一種重要概念，能夠?qū)z測質(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，對各個變量的不確定度、誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并對合成不確定度、有效自由度等進(jìn)行了計算，從而為相同類型不確定度的測量與評定提供有力的參考依據(jù)。