0.5级压力变送器检定装置测量不确定度

　　某热控试验室建有一套检定装置用以检定/校准压力变送器，该压力变送器检定装置将智能数字压力校验仪与被检压力/差压变送器用管道连通,以液体(或气体)为传压介质,通过压力源同时对压力模块及压力变送器加压，用直接比较法测量被检变送器测量误差。
一、概述
1.测量依据:JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》、JJG882-2019《压力变送器检定规程》。
2.测量环境条件:温度为21℃，相对湿度为60%。
3.测量标准:以智能数字压力校验仪作为成套标准器组，其详细参数如表1所示。
 
4.被测对象:0.5级压力变送器，其详细参数，如表2所示。
 
5.测量问题:用比较法测得压力变送器的输出值，所选检定点包括上、下限在内，均匀选择5个检定点。
6.测量方法:根据JJG882--2019提供的设备连接方式，将智能数字压力校验仪与被检压力变送器连接，并使导压管中充满传压介质。使用压力源平稳地输人压力信号，读取数字压力计中显示的压力值及电流值，通过计算即可得到被检压力变送器示值误差的测量结果。
7.评定结果的使用:标准仪器采用0.05级智能数字压力校验仪的压力变送器检定装置，在符合上述条件下，一般可直接使用本测量不确定度的评定结果。
二、测量误差的测量模型和灵敏系数
1.压力变送器测量误差的测量模型
 
　　式中:△I一压力变送器各检定点的示值误差，mA;I一压力变送器的输出电流值，mA;Im一压力变送器的电流输出量程，mA;P一标准器输人压力值，Pa;P.一压力变送器的压力量程，Pa;△P-标准器与压力变送器的受压点不在同一高度产生的压力差，Pa;I0一压力变送器的输出电流起始值，mA。
2.输入压力对压力变送器输出误差的灵敏系数
 
3.输出电流对变送器的灵敏系数
 
三、标准不确定度的来源分析与评定
　　根据压力变送器测量模型可知，压力变送器检定装置标准不确定度主要来源由输入量P和输人量I组成，下面对这两个来源分别进行分析评定。
1.输入量P的标准不确定度u(P)
　　由于该检定装置采用智能数字压力计，输人量P的标准不确定度的主要来源是智能数字压力计的显示误差，环境温度、标准器与压力变送器受压点高度差△P的影响可忽略。智能数字压力计的最大允许误差为±(0.05%x6)=±3x10^-3MPa。则α=3kPa。服从均匀分布，取k=√3,则标准不确定度为
 
u(P)的相对标准不确定度估计为95%，则自由度ʋ1=200。
2.输入量I的标准不确定度u(I)
　　输人量I的标准不确定度的主要来源是校验仪电流测量引人的标准不确定度u1(I)和压力变送器输出电流的测量重复性引人的标准不确定度u2(I)。
(1)校验仪电流测量引人的标准不确定度u1(I)
　　校验仪的最大允许示值误差为±(0.01%x示值+0.0015mA)
　　压力变送器的输出电流的最大值为20mA,所以半宽为
α=(0.01%x20+0.0015)mA=0.0035mA
　　按均匀分布估计，则
 
U1(I)的相对标准不确定度估计为95%，则自由度v21=200。
(2)压力变送器输出电流的测量重复性引人的标准不确定度u2(I)
　　按检定规程要求，在装置上对试验压力变送器在2.5MPa点分别进行6次重复检定，每次测试后压力值应降为0后，再进行下一次测试。记录6次测量结果，取平均值作为测量结果，6次测量结果的试验标准差为系统的重复性误差。数据如表3所示。
　　在实验室实际进行了一次测试，则标准不确定度(A类)可以用试验标准差来评估。
u(I2)=s(yi)=0.0023mA,自由度”v22=5。
　　由于u(I1)和u(I2)相互独立，因此
 
3.不确定度汇总(见表4)
四、合成标准不确定度
　　u(P)和u(I)彼此间相互独立，因此合成标准不确定度uc(△I)及有效自由度veff分别为
 
 
五、扩展不确定度
　　合成标准不确定度接近正态分布，按置信概率95%估计，包含因子可以查t分布表得到k95=T95(veff)=1.98，则扩展不确定度U95=k95Xuc(△I)=0.012mA。
六、标准器选择与符合性
　　标准器带来的合成不确定度(不包括压力变送器测量的重复性)uc(△I)为0.0058mA，自由度为312，取整为100，合成标准不确定度uc(△I)接近正态分布，查t分布表得到k95=1.98。因此，检定时由标准器带来的扩展不确定度为U=0.011mA。
　　被检压力变送器的最大允许误差为±0.08mA。规程中要求“检定用标准器及配套设备在检定中引人的扩展不确定度U应不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/4”，例中U(=0.011mA)<|±0.08mAI/4(=0.02mA)，所以标准器的选择符合规程要求。
七、评定结果的验证与结论
　　通过对所评定出来的不确定度的合理性进行检验，以此判定评定结果是否合格。计量标准装置测量不确定度验证采用传递比较法进行，用被考核的计量标准测量某一稳定的被测对象，然后将该对象用另一套更高一级的计量标准进行测量。最后将此自检结果a与上级计量检定机构的检定结果b进行比较，分别求出在各检定点的la-bl值。
　　对试验变送器进行实测，数据如表5所示。
 
　　由表5计算可得bylab-yneflmax=0.002mA，小于扩展不确定度0.011mA，评定合格。