温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

随着智能化计量器具在现场的大量应用,计量器具的现场检测成为大势所趋,然而现场检测不能满足检定规程中对温度的控制,这对检测结果造成影响,无法保证计量数据的准确可靠。以压力变送器为例,分析温度对检测结果的影响,并提出温度对检测结果影响的解决方法。

温度对于压力变送器的影响有哪些

在JJG 882—2004《压力变送器》检定规程中明确规定,检定时环境温度要求控制在(20±5)℃,而现场环境难以控制在这个范围。温度变化对检测结果的影响,主要来源于标准器及被检压力变送器两方面。

1、温度对标准器的影响

JJG 882—2004《压力变送器》检定规程规定:“在现场条件下,经分析因标准器及配套设备引入的扩展不确定度U95仍不超过被检压力变送器允许误差绝对值的1/3~1/4时,方可进行现场检测。”这就需要在检测前,对标准器是否满足检测条件进行评价,也就是在进行测量不确定度分析时,对标准器输入的B类测量不确定度进行评定。

例如,一块作为标准器的智能数字压力校验仪,测量范围0~2.5 MPa,准确度等级0.05级,最大允许误差为±0.001 25 MPa;输出电流-30~30 mA,最大允许误差为±0.02%读数、1μA;温度补偿范围:-10~50℃。被测压力变送器测量范围为0~2.5MPa,准确度等级为0.5级。

建立数学模型:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些
其中:ΔI为压力变送器的输出误差,mA;I为压力变送器的输出电流,mA;Im为压力变送器输出量程,mA;P为压力变送器输入压力值,MPa;Pm为压力变送器输入量程,MPa;I0为压力变送器输出起始值,mA。

输入压力对压力变送器输出误差的灵敏度系数为:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

输出电流对变送器输出误差的灵敏系数为:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些
2、输入量P的标准不确定度的评定
  • P的标准不确定度的主要来源是智能数字压力校验仪。在该量程的最大允许误差不超过±0.001 25 MPa。

按均匀分布估计,则:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些
  • 环境温度的不确定度。温度变化从2个方面影响其输出:一是零点漂移,二是影响满量程输出。环境温度超过规定5℃时,温度影响引入的误差为:
温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

按均匀分布估计,则:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

u(P1)和u(P2)的相对标准不确定度估计95%,则自由度:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

由于u(P1)和u(P2)相互独立,因此:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

其有效自由度为:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

 

3、输入量I的标准不确定度的评定

I的标准不确定度的主要来源是输出的直流电流的示值误差。

输出直流电流的示值误差不超过±5μA,按均匀分布估计,则:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

u(I)的相对标准不确定度估计95%,则自由度

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

将上述不确定度分量列于表1。其中:i为不确定度来源序号;xi为不确定度来源;ai为xi的误差分散区间半宽或误差限;ki为包含因子;[u(xi)]为标准不确定度;|ci|为灵敏系数;ui(y)为变送器输出的标准不确定度分量;vi为自由度。

表1 不确定度分量

表1 不确定度分量

4、合成标准不确定度的评定

由于u(P)和u(I)彼此间相互独立,因此合成标准不确定度uc(ΔI)及有效自由度veff分别为:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

veff取为∞。

由标准器带来的合成标准不确定度uc(ΔI)为5.44μA。合成标准不确定度uc(ΔI)接近正态分布,同样可以查t分布得到k95=1.96。因此校准时由标准器带来的扩展不确定度为:

温度对压力变送器计量数据的影响有哪些

被检压力变送器的允许误差为80μA。规范中要求校准用标准及配套设备在校准中引入的扩展不确定度U95应不超过被校压力变送器允许误差绝对值的1/4,即20μA,因此本评定中标准器的选择符合规范的要求。如果标准器选择不能满足要求,将会增大测量结果的不确定度。

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