壓力變送器能力驗(yàn)證過程分析及結(jié)果評價

摘要:本文介紹了實(shí)驗(yàn)室參加CNAS組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗(yàn)證活動情況，對本次能力驗(yàn)證過程進(jìn)行了分析。按照J(rèn)JF1059.1－2012《測量不確定度的評定與表示》以及JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，對各校準(zhǔn)點(diǎn)的各不確定度分量主要來源進(jìn)行分析與評定，根據(jù)壓力變送器校準(zhǔn)的測量模型對其合成不確定度進(jìn)行評定，結(jié)合測量數(shù)據(jù)計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。根據(jù)參比實(shí)驗(yàn)室及參考實(shí)驗(yàn)室的能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)，計算En值。數(shù)據(jù)表明:參比實(shí)驗(yàn)室參加能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意。
0引言
　　壓力變送器作為壓力計量器具，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防科技工業(yè)、石油化工及精密儀表工業(yè)中。為了確定本單位靜態(tài)壓力實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，保證靜態(tài)壓力量值傳遞的正確性，我所參加了CNAS組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗(yàn)證活動。通過參與本次能力驗(yàn)證活動，客觀反映了本實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，同時增加了客戶對本實(shí)驗(yàn)室的信心。
1能力驗(yàn)證過程概述
　　本次能力驗(yàn)證要求參比實(shí)驗(yàn)室依據(jù)JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，按照參比實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)和測量能力，對壓力變送器的正行程測量誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。本次能力驗(yàn)證的樣品信息及校準(zhǔn)點(diǎn)如表1所示。

1.1測量依據(jù)
　　JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》。
1.2環(huán)境條件
　　溫度20.0℃，相對濕度63%。
1.3計量標(biāo)準(zhǔn)
　　智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀(具備壓力測量功能和電流測量功能，同時提供DC24V的電壓輸出)。壓力測量范圍:(0～6)MPa，精度等級:0.05級;電流測量范圍:(0～30)mA，最大允許誤差:±(0.02%ＲD+0.003%FS)。
1.4被測對象
　　壓力變送器，測量范圍:(0～6)MPa，輸出電流:(4～20)mA。
1.5測量過程
　　按照J(rèn)JG882－2019，將樣品和標(biāo)準(zhǔn)器接到壓力泵上，然后按以下步驟進(jìn)行:(1)將標(biāo)準(zhǔn)器和壓力變送器通電預(yù)熱30min;(2)平穩(wěn)升壓至量程上限6MPa處，保持壓力穩(wěn)定30s，緩慢降至量程下限;(3)逐漸平穩(wěn)升壓，從低壓到高壓逐點(diǎn)測量，在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa壓力點(diǎn)分別記錄壓力變送器輸出的電流值，然后緩慢泄壓，以此方法重復(fù)測量6次。
2測量模型及測量不確定度分析
2.1測量模型

2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
2.2.1輸入量P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)
　　輸入量P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)器壓力的示值誤差，其最大允許誤差為:±0.05%FS，按均勻分布考慮，則:

2.2.2輸入量Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id)
　　輸入量Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源是數(shù)字壓力校驗(yàn)儀電流檔的示值誤差和測量重復(fù)性。
(1)數(shù)字壓力校驗(yàn)儀電流檔示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id1)
數(shù)字壓力校驗(yàn)儀電流檔最大允許誤差:
±(0.02%ＲD+0.003%FS)
按均勻分布考慮，則:
0MPa校準(zhǔn)點(diǎn):

(2)輸出電流測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id2)
　　當(dāng)輸入壓力為0MPa時，在重復(fù)性條件下，對正行程連續(xù)測量10次，得到一組測量值(單位:mA)為:
3.9988、3.9986、3.9986、3.9988、3.9986、
3.9984、3.9984、3.9986、3.9988、3.9984
則:I=3.9986mA

　　測量分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:0.29×0.0001mA=0.000029mA，小于由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，故在此不考慮分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。)
以此方法，對2MPa點(diǎn)、4MPa點(diǎn)、6MPa點(diǎn)分別進(jìn)行重復(fù)性測量，結(jié)果如表2所示。

2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度(見表3)

2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔI)

2.5擴(kuò)展不確定度的評定
取包含因子k=2，則:
0MPa校準(zhǔn)點(diǎn):取U=0.010mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00471=0.00942mA
2MPa校準(zhǔn)點(diǎn):取U=0.010mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00488=0.00976mA
4MPa校準(zhǔn)點(diǎn):取U=0.011mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00511=0.01022mA
6MPa校準(zhǔn)點(diǎn):取U=0.011mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00541=0.01082mA
2.6測量不確定度的報告與表示
0MPa校準(zhǔn)點(diǎn):ΔI=－0.001mA，
U=0.010mA;k=2
2MPa校準(zhǔn)點(diǎn):ΔI=+0.006mA，
U=0.010mA;k=2
4MPa校準(zhǔn)點(diǎn):ΔI=+0.014mA，
U=0.011mA;k=2
6MPa校準(zhǔn)點(diǎn):ΔI=+0.023mA，
U=0.011mA;k=2
3能力驗(yàn)證結(jié)果評價
3.1評價方法
對于實(shí)驗(yàn)室提交的結(jié)果，按照下式計算En值:

式中:XLAB—參比實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果;
XＲEF—參考值;
ULAB—參比實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的測量不確定度;
UＲEF—參考值的測量不確定度;
ULAB和UＲEF的包含概率均為95%。
3.2評價準(zhǔn)則
|En|≤1則參加實(shí)驗(yàn)室結(jié)果為滿意;
|En|＞1則參加實(shí)驗(yàn)室結(jié)果為不滿意。
3.3本次能力驗(yàn)證結(jié)果評價
　　本次能力驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)室和參考實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果和不確定度如表4所示。

　　由表4可以看出，本實(shí)驗(yàn)室在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa4個校準(zhǔn)點(diǎn)計算出的En值均小于1，故本實(shí)驗(yàn)室參加壓力變送器校準(zhǔn)能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意。
4能力驗(yàn)證中應(yīng)注意的事項(xiàng)
壓力變送器能力驗(yàn)證的過程，應(yīng)注意以下三個方面:
(1)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境:實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件，同時為使主標(biāo)準(zhǔn)器和樣品達(dá)到熱平衡，樣品到達(dá)后要提前放入實(shí)驗(yàn)室，與主標(biāo)準(zhǔn)器在該環(huán)境條件下穩(wěn)定2h以上，以避免樣品溫度與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度相差過大而影響校準(zhǔn)結(jié)果。
(2)計量標(biāo)準(zhǔn):本次能力驗(yàn)證采用的主標(biāo)準(zhǔn)器為數(shù)字壓力計，由于數(shù)字壓力計的穩(wěn)定性問題，除了對數(shù)字壓力計進(jìn)行周期檢定外，還應(yīng)定期對數(shù)字壓力計進(jìn)行期間核查，以保證標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差在允差范圍內(nèi)。
(3)傳壓介質(zhì):校準(zhǔn)使用氣體介質(zhì)時，氣體應(yīng)清潔干燥;校準(zhǔn)所使用介質(zhì)為液體時，其運(yùn)動粘度與酸值等關(guān)鍵指標(biāo)應(yīng)符合檢定規(guī)程要求，校準(zhǔn)所用介質(zhì)不能含有雜質(zhì)，新添加的校準(zhǔn)介質(zhì)應(yīng)放置一段時間后再行使用，以使介質(zhì)溫度與室溫大體一致，避免介質(zhì)溫度對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。