提高压力变送器测量能力的方法改进与分析

摘要:通过对压力变送器的测得值进行不确定度分析，得出电测标准器是相对于压力标准器对测得值更重要的影响因素，在实际工作中设法改善电测标准器的性能对于提高压力变送器测量能力有显著作用;通过在测量系统中串接标准电阻，将电流测量方式转换为电压测量方式可以有效提高压力变送器的测量能力。
0引言
       压力变送器是一种将压力信号转变为标准的电测信号输出的压力仪表，智能型、高准确度压力变送器在工程中被广泛应用。［1］在压力变送器的测量过程中，需要配备的主要标准设备为压力标准器和电测标准器。实验室条件下，为满足对高准确度压力变送器的测量要求，压力标准器一般选择性能稳定的活塞式压力计，电测标准器可以选用经济适用的多功能校准器。因此，在测量过程中，标准器引入的不确定度应包括压力标准器和电测标准器两部分。［2］下面以检定压力变送器为案例对测得值进行不确定度分析，进而评判标准器选择的符合性。
1不确定度分析［3］
1.1概述
1.1.1被测压力变送器信息
测量范围:(0～6)MPa;
准确度等级:0.1级;
输出电流:(4～20)mA。
1.1.2选用的标准器信息
       活塞式压力计:测量范围(0.1～6)MPa，准确度等级0.01级多功能校准器:直流电流测量范围(－25～25)mA，最大允许误差±(1μA+0.01%FS)。
1.1.3测量的环境条件
环境温度:(20.0～20.2)℃;
相对湿度:(55～56)%。
1.2测量模型
       压力变送器测量误差的测量模型:

       式中:ΔI—变送器的输出电流误差，mA;I—多功能校准器的读数值，mA;Im—变送器电流输出量程，mA;P—标准器输入压力值，Pa;Pm—变送器压力量程，Pa;I0—变送器输出电流起始值，mA。
1.3不确定度分量分析
       输入压力对压力变送器输出误差的灵敏系数:

输出电流对压力变送器输出误差的灵敏系数:
cI=ΔI/I=1
1.3.1输入量P的标准不确定度
       输入量P的标准不确定度主要来源于活塞式压力计，环境温度的影响可忽略不计。测量范围为(0.1～6)MPa，准确度等级为0.01级的活塞式压力计最大允许误差不超过±0.6kPa，服从均匀分布，则:

1.3.2输入量I的标准不确定度
       输入量I的标准不确定度主要来源于多功能校准器的示值误差，环境温度的影响可忽略不计，此处只分析标准器引入的不确定度，不考虑测量重复性的影响。
多功能校准器直流电流测量范围为(－25～25)mA，最大允许误差不超过±6μA，服从均匀分布，则:

1.5合成标准不确定度
       由于u(P)、u(I)相互独立，合成标准不确定度:

1.6扩展不确定度
取k=2，扩展不确定度U=2uc=7.2μA
2标准器选择的符合性分析
       根据JJG882－2004《压力变送器检定规程》要求，检定0.1级压力变送器，标准器引入的扩展不确定度应不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/3，由于7.2μA＞(±0.1%)×16mA|×1/3=5.3μA，即选取的标准器引入的扩展不确定度超过了被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/3，所以采取上述测量方法不能满足检定规程对0.1级变送器开展检定的要求。为了开展工作的需要，通常的做法是花费高昂的价格更换准确度更高的标准器。
3方法改进
       由表1可以看出，其中电流输入量引入的不确定度分量达到压力输入量引入的不确定度分量近4倍，因此应当设法减小电流输入量对整个标准设备的影响。［4－5］在不更换原有标准器的情况下，我们在测量系统中串接一个250Ω的标准电阻，利用多功能校准器的电压测量模式对压力变送器进行测量。连接图如图1所示。

       由于多功能校准器的电压测量准确度比电流测量准确度要高，如这台MC6多功能校准器，电压测量功能的最大允差为±(0.25mV+0.006%rdg)，串接一只二等250的标准电阻后，压力变送器的输出信号转变为(1～5)V。下面我们再来计算标准器引入的不确定度。电压测量的最大允许误差为:

       由于3.2μA＜(±0.1%)×16mA×1/3=5.3μA，即标准器引入的扩展不确定度不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/3，所以满足规程对0.1级变送器开展检定的要求。
4总结
       通过对压力变送器的测得值进行不确定度分析，可以看出在压力变送器的检定过程中，相对于压力标准器，电测标准器是对测得值更显著的影响因素，因此在实际工作中应当首先设法改善电测标准器的性能以提高压力变送器测量能力。案例中仅仅在原有测量系统中加入一只标准电阻，充分利用多功能校准器技术指标更优的电压测量功能，将压力变送器改变为电压输出的测量方式，改进方法后标准器引入的的扩展不确定度仅为原测量方式的49，大大提高了压力变送器的测量能力。本案例没有采用更换标准器的传统做法，只是对测量方式加以改进，既节省了经济成本，又满足了规程的技术要求，对实际检定工作有着重要的参考意义和现实可行性。