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通過壓力變送器溫度試驗分析各測量不確定度的來源

時間：2013-10-14 作者：

【摘要】本文介紹了壓力變送器溫度試驗方法，分析環(huán)境溫度試驗中各測量不確定度的來源，簡述了測量不確定度評定過程。

【引言】

依據(jù)《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明》要求檢測實驗室對定量檢測結(jié)果應(yīng)有能力評定測量不確定度,壓力變送器環(huán)境溫度試驗是一個定量檢測項目，測量其輸出變化量，以評判其技術(shù)指標(biāo)。本文對環(huán)境溫度試驗進(jìn)行了測量不確定度分析，評詁影響其結(jié)果的不確定度,與大家共同交流。

1、環(huán)境溫度試驗方法

壓力變送器環(huán)境溫度試驗的布置圖

壓力變送器是將壓力轉(zhuǎn)換成電量信號的儀表，壓力變送器環(huán)境溫度試驗是為了考察壓力變送器適應(yīng)自然環(huán)境溫度變化的能力即在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度變化范圍內(nèi)壓力變送器的輸出值是否在規(guī)定指標(biāo)范圍內(nèi)變化，GB/T 18271.1—2000《過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序第3部分:影響量影響的試驗》規(guī)定了環(huán)境溫度試驗方法。壓力控制器為壓力變送器提供恒定壓力，直流電源為變送器提供24V電源，同時壓力變送器（壓力范圍0kPa～40kPa）輸出4mA～20mA電流，串接250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號1V～5V，并用數(shù)字表檢測電壓，這里選取輸出中間點作為壓力變送器的測量點，溫度點保溫3小時待箱內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定后再讀取輸出值。

2 識別不確定度的來源

不確定度的來源一般從人員、儀器設(shè)備、測試方法、環(huán)境因素、校準(zhǔn)溯源性等方面去盡可能地識別分析影響測量結(jié)果的主要因素,剔除和忽略影響因素中的次要因素。通過分析識別出影響試驗結(jié)果的主要因素有人員重復(fù)性讀數(shù)、溫度箱的溫度偏差、溫度箱的均勻性、壓力控制器的年穩(wěn)定精度、串接精密電阻誤差、數(shù)字電壓表年穩(wěn)定精度，上級計量機(jī)構(gòu)對溫度箱、壓力控制器和數(shù)字電壓表校準(zhǔn)的不確定度對結(jié)果影響很小可以忽略，由于產(chǎn)品在溫度箱內(nèi)環(huán)境溫濕度對結(jié)果影響較小，可以忽略,數(shù)字電壓表、壓力控制器顯示分辨力對測量結(jié)果影響較小忽略不計。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 測量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度，在相同人員、保證相同其它條件下重復(fù)測量三次，取平均值作為#后測量結(jié)果,數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)貝塞爾公式,重復(fù)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

3.2 溫度箱溫度偏差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,根據(jù)檢定證書溫度偏差#大1.6℃，根據(jù)經(jīng)驗估計對應(yīng)變送器輸出值影響0.002V, 均勻分布k= ，則: u2=0.002/k=0.0012V

3.3 溫度箱溫度均勻度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,根據(jù)檢定證書溫度均勻度#大1.2℃，根據(jù)經(jīng)驗估計對變送器輸出值影響0.001V,均勻分布k= 則: u3=0.001/k=0.0006V

3.4 壓力控制器的誤差標(biāo)準(zhǔn)不確定度,壓力控制器年穩(wěn)定精度(0.0075%*讀數(shù))，此時讀數(shù)20.000kPa,壓力誤差0.0015 kPa，對應(yīng)轉(zhuǎn)換成變送器輸出電量值0.00015V，均勻分布，k= 則:u4= 0.00015/ k=0.00009V

3.5 電阻誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,電阻誤差0.01%,電阻值覺對誤差0.01%*250=0.025Ω,此時通過電阻電流12mA轉(zhuǎn)換成電壓誤差0.025*12=0.0003V,均勻分布, k= ，則:u5= 0.0003/ k=0.00017V

3.6 數(shù)字表誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,數(shù)字表年穩(wěn)定精度(0.012%*讀數(shù)+2個字分辨力),此時兩端電壓3.0043V,相應(yīng)電壓誤差0.012%*3.0043+2*10*10-6=0.00038V,服從均勻分布, k= ，則:u6= 0.00038/ k=0.00022V

3.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.8 擴(kuò)展不確定度

U95=k uc=2*0.0016=0.0032V （包含因子k=2,置信水準(zhǔn)95%）

3.9 結(jié)果報告

測量壓力變送器在某一溫度點輸出值3.0043V±0.0032V（包含因子k=2、置信概率95%）

4 結(jié)束語

壓力變送器測量不確定度的評估本身并無定論,是個不確定問題,不同的試驗方法有不同評定結(jié)果, 只有在評定過程中盡量去確定其受影響的因素，以期得到較為合理的不確定度。伴隨測量方法不斷的改進(jìn),測量準(zhǔn)確度提高,對問題的不斷深入探討嚴(yán)密分析,不確定度評估方法將會不斷完善和提高。

【參考文獻(xiàn)】
[1]楊世元《電器質(zhì)量檢測不確定度》計量標(biāo)準(zhǔn)出版社
[2]2007年《第二屆實驗室認(rèn)可技術(shù)研討會文集》2003年第3期《現(xiàn)代測量與實驗室管理》[3]CNAS-CL11 《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明》
[4]CNAS實驗室技術(shù)委員會電氣專業(yè)委員會《電器檢測領(lǐng)域測量不確定度評定指南》