天然气站用压力变送器不同检定方法分析比较

发布时间:2023-10-13     浏览次数:
摘要:在天然气计量中,压力变送器作为测量压力的一次元件得到了广泛的应用。随之而来的各种测试方法也在不断更新变化,检定、检测手段更加简单方便,检定、检测能力在逐渐增强,检测时间逾加快捷,检定、测试的系统误差也变得越来越小。特别是在现场检定、测试中,环境条件及其它条件很难满足JJG882--2004《压力变送器检定规程》的要求。尝试通过不确定评定的方法对现场测试数据进行处理,从而找出更加适合于现场检定的方法。
1检定项目
  选取EJA430A压力变送器一只,测量范围(0~1)MPa,工作电压24VDC,输出信号(4~20)mADC,精度等级0.2级。
2检定技术条件
  将数字压力计与压力控制器分别开机检定,在环境温度为15℃、环境湿度46%RH的相同条件下:分别依次从低量程到高量程,均匀选定出5个检定点,3个循环,开始加压进行分开检定。
3不一样的检定方法所得的不同数据结果
  用数字压力计检定压力变送器所得的数据结果,如表1所示。
 
  基本误差(mA):允许值0.032;实际最大值0.016;
  回程误差(mA):允许值0.032;实际最大值0.004。
  用压力控制器检定压力变送器数据结果,如表2所示。
 
  基本误差(mA):允许值0.032;实际最大值0.021
  回程误差(mA):允许值0.032;实际最大值0.007
4对用数字压力计检定压力变送器所得的数据结果进行不确定度分析
4.1评定依据
  JJG882--2004《压力变送器检定规程》
  JJF1059--1999《测量不确定度评定与表示》。
4.2数学模型
 
  式中:△I一压力变送器的输出误差,mA;1]-压力变送器电流输出量程,mA;Im一压力变送器输出电流值,mA;Pf一压力变送器压力输人量程,KPa;Ps一数字压力计标准压力值,KPa;I0一压力变送器输出起始值,mA;
4.3检定方法
  由上一级数字压力计通过比较法直接对下一级压力变送器进行检定。数字压力计的测量范围为(0~7)MPa,精度级别0.025级。被检压力变送器的压力测量范围为(0~1)MPa,电流输出范围为(4~20)mA,精度级别为0.2级。将标准器与被检仪器安装在同一压力源上,由NPAK压力源提供氮气气源,并由NPAK压力源来调节压力的大小。在整个范围内均匀选取5个压力点,进行了3个循环的检定。
  检定环境的温度:15C;检定环境的湿度:46%RH;检定介质:纯净氮气。
4.4不确定度来源
(1)被测压力变送器示值标准不确定度u(Im)
  压力变送器电流输出多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(`△`I1)
  数字压力计直流电流表的示值误差引人的标准不确定度u(I)。
(2)数字压力计引人的标准不确定度分量u(ps)
4.5标准不确定度分量的评定
  压力变送器电流输出多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(`△I)。
 
  由数字压力计操作手册查出数字压力计直流电流表部分的示值误差为±(0.015%RDG+0.002)mA,压力变送器的最大输出电流为20mA,则最大允许误差为±0.005mA。则由数字压力计电流表所引人的标准不确定度为:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(3)
  按u(I)具有95%的可信度估计,则它的不可信度即其相对标准不确定度为5%,则
u(I)的自由度200。
(3)数字压力计引人的标准不确定度分量u1(p3)
  由数字压力计的测试证书中查出,压力部分的示值误差为±0.025%FS,数字压力计的压力量程为7MPa,即最大允许误差为±0.00175MPa。则数字压力计压力部分引人的不确定度按均匀分布:
U1(ps)=0.00175/√3=0.0010MPa(4)
  按u1(ps)具有95%的可信度估计,则它的不可信度即其相对标准不确定度为5%,则u1(ps)的自由度200。
4.6合成标准不确定度
  由于被测压力变送器示值标准不确定度u(lm)和数字压力计示值标准不确定度u(ps)是相互独立的,根据不确定度传播定律,压力变送器示值误差合成标准不确定度为:
 
 
4.7扩展不确定度
  当给出置信概率p=95%时,扩展不确定度:U95=K95uc(△I)=0.0078mA,k95=2。.
4.8结论
  被检压力变送器示值最大允许误差的绝对值MPEV为0.032mA,示值误差的不确定度U95≤1/4MPEV,且示值误差在被检压力变送器的最大允许误差限内,因此可以判定被检压力变送器合格。该评定方法适用于不同量程的压力变送器的示值误差不确定度的评定。
5对压力控制器测试压力变送器所得的数据结果进行不确定度分析.
5.1检定方法
  由上一级压力控制器通过设定压力值对下一级压力变送器进行检定。压力控制器的测量范围为(0~7)MPa,精度等级0.001级。被检压力变送器的压力测量范围为(0~1)MPa,电流输出范围为(4~20)mA,精度等地为0.2级。将压力控制器与被检仪器串联安装在同一压力源上,由氮气瓶提供氮气气源,由压力控制器来作为标准器并控制压力的大小。在整个范围内均匀选取5个压力点,进行了3个循环的检定。
检定环境的温度:15℃;检定环境的湿度:46%RH;检定介质:纯净氮气。
5.2不确定度来源
(1)被测压力变送器示值标准不确定度u(Im)
(2)压力控制器的标准不确定度分量u(ps)
5.3标准不确定度分量的评定
(1)压力变送器电流输出多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(OI)。
  由表2的检定数据,得到示值重复性的标准不确定度分量:
 
(2)直流电流表的示值误差引人的标准不确定度u(I)。
  直流电流表部分的示值误差为±(0.015%RDG+0.002),压力变送器的最大输出电流为20mA,则最大允许误差为±0.002mA。则由数字压力计电流表所引人的标准不确定度为:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(15)
  按u(1)具有95%的可信度估计,则它的不可信度即其相对标准不确定度为5%,则u(I)的自由度为200。
(3)压力控制器引人的标准不确定度分量u1(p;)。
  由压力控制器的检定证书中查出,压力部分的示值误差为±0.01%FS,数字压力计的压力量程为7MPa,即最大允许误差为±0.0007MPa。则数字压力计压力部分引人的不确定度为:
 
 
6结论及建议
6.1结论
  从以上的数据结果比较分析:数字压力计的不确定度为0.0078mA;压力控制器的不确定度为0.0088mA。用数字压力计检定的压力变送器所得的不确定度小于用压力控制器检定的压力变送器的不确定度,不确定度小说明精度高,可靠性强。两者所得的数据结果均小于压力变送器的基本误差允许值0.032mA,符合不确定度的分析研究。
  从两种不同的方法分别检定的同一只压力变送器所得的数据结果:(数字压力计检定的压力变送器实际误差;最大值是0.016mA,压力控制器检定的压力变送器实际误差最大值是0.021mA)也体现出这一点。也就是说:用数字压力计检定的同一只压力变送器比用压力控制器检定同一只压力变送器误差要小0.005mA。
从现场实际情况来看:
(1)数字压力计从低量程到高量程依次加压,压力值比较稳定,脉动小,可靠性高。而压力控制器从低量程到高量程依次加压,因开机时间较短,没有充分预热,仪器稳定较差,压力值有时不固定,波动比较大,经常在几个数值内跳动,取样时间较长。
(2)数字压力计携带方便,电池供电,可带到现场不拆卸压力变送器进行检定,但需要有人协助进行数据的记录;压力控制器通过触屏按键设置自动打压,操作方便,可以一人独立完成操作及数据记录,但是压力控制器携带不便,需要220V电源供电,仪器预热稳定时间在2小时左右,对环境温度要求较高,且需配置瓶装氮气提供气源,很滩进行现场操作。
6.2建议
(1)随着天然气计量中所选压力变送器的精度越来越高,及现场不拆卸检定所体现出来的优越性,对检定用标准器提出了更高的要求。精度等级高、稳定时间短、稳定性好、携带方便、读数方便的标准器体现出来了更多的优越性。
(2)从数据的分析也可以看出,精度高、读数电流表误差小,减少了不确定度的传递,所以选用精度等级更高的压力模块,读数误差更小的电流表也可以减小装置的不确定度。
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