压力传感器输出电流测量结果的不确定度评定

董培鸿

摘要： 参照JJG882-2004《压力变送器检定规程》、JJG875-2005《数字压力计检定规程》等对压力传感器进行校准，按照JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》要求，对压力传感器的测量结果进行了不确定度的评定。

Abstract： According to JJG882-2004 "Pressure Transmitter Verification Rules" and JJG875-2005 "Digital Pressure Gauge Verification Rules"， the pressure sensor is calibrated， and in accordance with the requirements of JJF1059.1-2012 "Measurement Uncertainty Assessment and Representation"， the uncertainty of measurement result of the pressure sensor is evaluated.

关键词： 压力传感器；输出电流；不确定度的评定

Key words： pressure sensor；output current；evaluation of uncertainty

中图分类号：TH812 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）34-0224-02

0 引言

压力传感器是一种工业用压力测量仪器。传感器通过采集头取得压力后，由压力传感元件进行电信号的转换，将压力变量转换为相应的数字信号，最终显示压力值或输出模拟量信号，而且其输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数）。晋城市质量技术监督检验测试所接收送检的压力传感器主要用于煤层气抽采企业，测量范围为（-100～0）kPa，输出直流电流信号为（1～5）mA。但是，目前国家尚没有针对此种压力传感器的相关技术参数的专业检定规程或校准规范，无法应用统一的技术指标和鉴定方法科学衡量压力传感器的性能，为校准我市现有压力传感器，我们参照JJG882-2004《压力变送器检定规程》、JJG875-2005《数字压力计检定规程》等编制了《矿用压力传感器校准方法》，并且对压力传感器测量结果进行了不确定度评定

1 测量过程简述

①测量依据： JJG882-2004《压力变送器检定规程》。

②测量环境条件：温度（20±5）℃，相对湿度：（50～60）%。

③测量标准：智能数字压力校验仪，准确度等级0.02%；量程范围（-100～250）kPa。

④测量对象：压力传感器，量程为（0～-100）kPa，输出为（1～5）mA，1级。

⑤测量方法：利用标准压力发生器从下限开始平稳地输入压力信号到各测量点，读取并记录显示值直至上限，然后反方向平稳改变压力信号到各测量点，读取并记录显示值直至下限，这为一个循环，如此进行三个循环的测量。

⑥评定结果的使用：符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定方法。

2 数学模型

测量的数学模型可用下式表示：？驻I=I-（-As+I0）

式中：？驻I为被检压力传感器测量电流值示值误差，mA；

I为测量电流值，mA；

Im为压力传感器电流输出量程，mA；

I0为压力传感器输出电流起始值，mA；

Am为压力传感器量程，kPa；

As为压力传感器各测量点的标准值，kPa。

3 各输入量的标准不确定度评定

3.1 输入量I的不确定度u（I）的评定

输入量I的不确定度来源主要是对压力传感器进行重复性测量引入的和标准电流表导致的不确定度。

①压力传感器进行重复性测量引入的不确定度，采用A类方法进行评定，在-50kPa（理论输出值为3.000mA）测量点上做10次重复性测量，得到数据如下：3.006，3.008，

3.006，3.005，3.000，3.002，3.006，3.008，3.010，3.005。单次测量实验标准差

s==0.0029mA

任选三台同类型的仪器分别在-25 kPa，-50kPa，-75kPa测量点按照上述方法进行重复性测量，得到单次实验标准差，如表1。

合成样本标准偏差。

sp==0.0028mA

在实际测量过程中，每个测量点连续测量6次，以平均值为测量结果，其不确定度的平均值为：

u（I1）==0.0012mA

②标准电流表引入的不确定度采用B类方法进行评定，说明书技术指标可知电流表的最大允许误差为

±（0.02%RD+0.003%FS），在3.000mA点计算得最大允许误差为±0.0024mA，按均匀分布，取k为，则标准不确定度为：

U（I2）==0.0014mA

输入量I的标准不确定度为

u（I）==0.0019mA

3.2 输入量As的不确定度u（As）的评定

As的标准不确定度来源主要由智能数字压力校验仪的测量不确定度引入的，采用B类方法进行评定。

智能数字压力校验仪检定证书给出其符合0.02级，其为矩形分布k=，则其不确定度：

u（As）=0.02%×350kPa÷≈0.05kPa

4 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定

4.1 灵敏度系数

输入I的灵敏系数：c1==1

输入As的灵敏系数：c2==-0.04

4.2 各不确定度分量汇总及计算表

4.3 合成标准不确定度

输入量I与As彼此独立不相关，则合成标准不确

定度：

uc==0.0028mA

4.4 扩展不确定度评定

计算扩展不确定度取扩展因子k=2

U=0.006mA k=2

用同样的方法分别对-25kPa，-75kPa处进行不确定度评定，结果如下：

-25kPa处：合成标准不确定度为：uc=0.0027mA

扩展不确定度为： U=0.006mA k=2

-75kPa处：合成标准不确定度为：uc=0.0029mA

扩展不确定度为： U=0.006mA k=2

5 测量结果不确定度的报告

压力传感器输出电流测量结果的扩展不确定度为：

-25kPa（2mA）处： 0.006mA k=2

-50kPa（3mA）处： 0.006mA k=2

-75kPa（4mA）处： 0.006mA k=2

参考文献：

[1]JJG882-2004，压力变送器检定规程[S].北京：中国计量出版社，2004.

[2]JJF1059.1-2012，测量不确定度评定与表示[S].北京：中国质检出版社，2013.

[3]JJG875-2005，數字压力计检定规程[S].北京：中国计量出版社，2006.endprint