通過壓力變送器溫度試驗分析各測量不確定度的來源

【摘 要】本文介紹了壓力變送器溫度試驗方法，分析環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《檢測和校準實驗室能力認可準則在電氣檢測領域的應用說明》要求檢測實驗室對定量檢測結果應有能力評定測量不確定度,壓力變送器環境溫度試驗是一個定量檢測項目，測量其輸出變化量，以評判其技術指標。本文對環境溫度試驗進行了測量不確定度分析，評詁影響其結果的不確定度,與大家共同交流。

1、環境溫度試驗方法

壓力變送器是將壓力轉換成電量信號的儀表，壓力變送器環境溫度試驗是為了考察壓力變送器適應自然環境溫度變化的能力即在技術標準規定的溫度變化范圍內壓力變送器的輸出值是否在規定指標范圍內變化，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》規定了環境溫度試驗方法。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精密電阻轉換成電壓信號1V～5V，并用數字表檢測電壓， 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小時待箱內溫度均勻穩定后再讀取輸出值。

2 識別不確定度的來源

    不確定度的來源一般從人員、儀器設備、測試方法、環境因素、校準溯源性等方面去盡可能地識別分析影響測量結果的主要因素,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果的主要因素有人員重復性讀數、溫度箱的溫度偏差、溫度箱的均勻性、壓力控制器的年穩定精度、串接精密電阻誤差、數字電壓表年穩定精度，上級計量機構對溫度箱、壓力控制器和數字電壓表校準的不確定度對結果影響很小可以忽略，由于產品在溫度箱內環境溫濕度對結果影響較小，可以忽略,數字電壓表、壓力控制器顯示分辨力對測量結果影響較小忽略不計。

3 標準不確定度評定

3.1 測量重復性標準不確定度，在相同人員、保證相同其它條件下重復測量三次，取平均值作為最后測量結果,數據如下：

3.2 溫度箱溫度偏差的標準不確定度,根據檢定證書溫度偏差最大1.6℃，根據經驗估計對應變送器輸出值影響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準不確定度,根據檢定證書溫度均勻度最大1.2℃，根據經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準不確定度,壓力控制器年穩定精度(0.0075%*讀數)，此時讀數20.000kPa,壓力誤差0.0015 kPa，對應轉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 電阻誤差的標準不確定度,電阻誤差0.01%,電阻值絕對誤差0.01%*250=0.025Ω,此時通過電阻電流12mA轉換成電壓誤差0.025*12=0.0003V,均勻分布, k= ，則:u5= 0.0003/ k=0.00017V

3.6 數字表誤差的標準不確定度,數字表年穩定精度(0.012%*讀數+2個字分辨力),此時兩端電壓3.0043V,相應電壓誤差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 合成標準不確定度

3.8 擴展不確定度

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

3.9 結果報告

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,測量準確度提高,對問題的不斷深入探討嚴密分析,不確定度評估方法將會不斷完善和提高。  

【參考文獻】
[1]楊世元 《電器質量檢測不確定度》計量標準出版社
[2]2007年《第二屆實驗室認可技術研討會文集》2003年第3期《現代測量與實驗室管理》[3]CNAS-CL11 《檢測和校準實驗室能力認可準則在電氣檢測領域的應用說明》
[4]CNAS實驗室技術委員會電氣專業委員會《電器檢測領域測量不確定度評定指南》