压力变送器能力验证过程分析及结果评价

摘要:本文介绍了实验室参加CNAS组织的压力变送器校准能力验证活动情况，对本次能力验证过程进行了分析。按照JJF1059.1－2012《测量不确定度的评定与表示》以及JJG882－2019《压力变送器检定规程》，对各校准点的各不确定度分量主要来源进行分析与评定，根据压力变送器校准的测量模型对其合成不确定度进行评定，结合测量数据计算出合成标准不确定度和扩展不确定度。根据参比实验室及参考实验室的能力验证数据，计算En值。数据表明:参比实验室参加能力验证结果为满意。
0引言
　　压力变送器作为压力计量器具，被广泛应用于航空航天、国防科技工业、石油化工及精密仪表工业中。为了确定本单位静态压力实验室校准压力变送器的能力，保证静态压力量值传递的正确性，我所参加了CNAS组织的压力变送器校准能力验证活动。通过参与本次能力验证活动，客观反映了本实验室校准压力变送器的能力，同时增加了客户对本实验室的信心。
1能力验证过程概述
　　本次能力验证要求参比实验室依据JJG882－2019《压力变送器检定规程》，按照参比实验室的校准和测量能力，对压力变送器的正行程测量误差进行校准。本次能力验证的样品信息及校准点如表1所示。

1.1测量依据
　　JJG882－2019《压力变送器检定规程》。
1.2环境条件
　　温度20.0℃，相对湿度63%。
1.3计量标准
　　智能数字压力校验仪(具备压力测量功能和电流测量功能，同时提供DC24V的电压输出)。压力测量范围:(0～6)MPa，精度等级:0.05级;电流测量范围:(0～30)mA，最大允许误差:±(0.02%ＲD+0.003%FS)。
1.4被测对象
　　压力变送器，测量范围:(0～6)MPa，输出电流:(4～20)mA。
1.5测量过程
　　按照JJG882－2019，将样品和标准器接到压力泵上，然后按以下步骤进行:(1)将标准器和压力变送器通电预热30min;(2)平稳升压至量程上限6MPa处，保持压力稳定30s，缓慢降至量程下限;(3)逐渐平稳升压，从低压到高压逐点测量，在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa压力点分别记录压力变送器输出的电流值，然后缓慢泄压，以此方法重复测量6次。
2测量模型及测量不确定度分析
2.1测量模型

2.2标准不确定度评定
2.2.1输入量P引入的标准不确定度u(P)
　　输入量P引入的标准不确定度主要来源于标准器压力的示值误差，其最大允许误差为:±0.05%FS，按均匀分布考虑，则:

2.2.2输入量Id引入的标准不确定度u(Id)
　　输入量Id引入的标准不确定度主要来源是数字压力校验仪电流档的示值误差和测量重复性。
(1)数字压力校验仪电流档示值误差引入的标准不确定度u(Id1)
数字压力校验仪电流档最大允许误差:
±(0.02%ＲD+0.003%FS)
按均匀分布考虑，则:
0MPa校准点:

(2)输出电流测量重复性引入的标准不确定度u(Id2)
　　当输入压力为0MPa时，在重复性条件下，对正行程连续测量10次，得到一组测量值(单位:mA)为:
3.9988、3.9986、3.9986、3.9988、3.9986、
3.9984、3.9984、3.9986、3.9988、3.9984
则:I=3.9986mA

　　测量分辨力引入的标准不确定度分量为:0.29×0.0001mA=0.000029mA，小于由重复性引入的标准不确定度分量，故在此不考虑分辨力所引入的标准不确定度分量。)
以此方法，对2MPa点、4MPa点、6MPa点分别进行重复性测量，结果如表2所示。

2.3标准不确定度(见表3)

2.4合成标准不确定度uc(ΔI)

2.5扩展不确定度的评定
取包含因子k=2，则:
0MPa校准点:取U=0.010mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00471=0.00942mA
2MPa校准点:取U=0.010mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00488=0.00976mA
4MPa校准点:取U=0.011mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00511=0.01022mA
6MPa校准点:取U=0.011mA
U=k×ucΔ()I=2×0.00541=0.01082mA
2.6测量不确定度的报告与表示
0MPa校准点:ΔI=－0.001mA，
U=0.010mA;k=2
2MPa校准点:ΔI=+0.006mA，
U=0.010mA;k=2
4MPa校准点:ΔI=+0.014mA，
U=0.011mA;k=2
6MPa校准点:ΔI=+0.023mA，
U=0.011mA;k=2
3能力验证结果评价
3.1评价方法
对于实验室提交的结果，按照下式计算En值:

式中:XLAB—参比实验室的结果;
XＲEF—参考值;
ULAB—参比实验室结果的测量不确定度;
UＲEF—参考值的测量不确定度;
ULAB和UＲEF的包含概率均为95%。
3.2评价准则
|En|≤1则参加实验室结果为满意;
|En|＞1则参加实验室结果为不满意。
3.3本次能力验证结果评价
　　本次能力验证本实验室和参考实验室测量结果和不确定度如表4所示。

　　由表4可以看出，本实验室在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa4个校准点计算出的En值均小于1，故本实验室参加压力变送器校准能力验证结果为满意。
4能力验证中应注意的事项
压力变送器能力验证的过程，应注意以下三个方面:
(1)实验室环境:实验室应具有规程规定的环境条件，同时为使主标准器和样品达到热平衡，样品到达后要提前放入实验室，与主标准器在该环境条件下稳定2h以上，以避免样品温度与实验室环境温度相差过大而影响校准结果。
(2)计量标准:本次能力验证采用的主标准器为数字压力计，由于数字压力计的稳定性问题，除了对数字压力计进行周期检定外，还应定期对数字压力计进行期间核查，以保证标准器示值误差在允差范围内。
(3)传压介质:校准使用气体介质时，气体应清洁干燥;校准所使用介质为液体时，其运动粘度与酸值等关键指标应符合检定规程要求，校准所用介质不能含有杂质，新添加的校准介质应放置一段时间后再行使用，以使介质温度与室温大体一致，避免介质温度对校准结果的影响。