王彩輝 顧 凱

(1.新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000)

針對(duì)兩線制電動(dòng)壓力變送器，結(jié)合實(shí)際使用和檢定進(jìn)行不確定度分析，分別對(duì)壓力變送器、壓力標(biāo)準(zhǔn)器、直流電流表和壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行推算和分析，明確壓力變送器在檢定和使用過(guò)程中產(chǎn)生測(cè)量誤差的部分主要影響因素，給出了保證測(cè)量準(zhǔn)確度和量值有效可靠傳遞的關(guān)鍵技術(shù)要求，分析壓力變送器的量程選取對(duì)其實(shí)際使用產(chǎn)生的影響，壓力標(biāo)準(zhǔn)器最大允許誤差類型的區(qū)別對(duì)適用范圍的影響，以及直流電流表選取對(duì)檢定準(zhǔn)確度產(chǎn)生的影響，并對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)器的配套合理性進(jìn)行了分析。

1 量程的選?、?/h2>

由此得出滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的情況下，壓力變送器的量程可能相差一倍。

2 量程對(duì)實(shí)際使用的影響

假定有兩臺(tái)準(zhǔn)確度同為0.2級(jí)，但是量程不同的壓力變送器(輸出電流4～20mA)，并且都能夠滿足實(shí)際工作壓力的需求，針對(duì)這樣的情況進(jìn)行分析。

壓力變送器的最大允許誤差MPE=±0.2%FS，可見(jiàn)當(dāng)兩臺(tái)變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)相同時(shí)，量程越大則最大允許誤差越大，即絕對(duì)誤差越大且量程越小則最大允許誤差越小，即絕對(duì)誤差越小。因此在選用壓力變送器量程時(shí)，應(yīng)選擇正常操作壓力為量程的2/3，以提高壓力變送器的測(cè)量準(zhǔn)確度。如果選擇正常操作壓力為量程的1/3，則絕對(duì)誤差增加一倍。

壓力變送器測(cè)量誤差ΔI的數(shù)學(xué)模型為：

式中I——輸出電流，mA；

Im——電流量程，mA；

Io——輸出電流起始值，mA；

p——輸入壓力值，Pa；

pm——輸入壓力量程，Pa。

控制系統(tǒng)的測(cè)量誤差ΔIk的數(shù)學(xué)模型為：

ΔIk=Ik-I

式中Ik——控制系統(tǒng)的指示值，mA；

ΔIk——控制系統(tǒng)的示值誤差，mA。

3 壓力標(biāo)準(zhǔn)器

壓力標(biāo)準(zhǔn)器有活塞式壓力計(jì)、液體壓力計(jì)、數(shù)字壓力計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器。在此，將壓力標(biāo)準(zhǔn)器按照準(zhǔn)確度等級(jí)的類型不同分為量程精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器和讀數(shù)精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器。由于讀數(shù)精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器能滿足其輸出范圍內(nèi)所有點(diǎn)的技術(shù)要求，所以不做分析。

以JJG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》中的附錄D為例，分析量程精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器的適用范圍，附錄D中標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的輸出范圍0～3MPa，最大允許誤差±0.02%FS，即最大誤差不超過(guò)±0.6kPa(換算成電流為±0.003 2mA)。

首先從壓力計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖JJG 2023-1989分析，壓力標(biāo)準(zhǔn)器的精度需滿足Δ=±5×10-4才能符合對(duì)壓力變送器的量值傳遞。則由公式MPE=±0.2%FS可得，當(dāng)最大誤差為±0.6kPa時(shí)，壓力標(biāo)準(zhǔn)器的量程為1.2MPa，因此附錄D中標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的輸出范圍在1.2～3.0MPa時(shí)才能滿足壓力計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖JJG 2023-1989。

通過(guò)上述分析可得量程精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器不是所有輸出范圍的點(diǎn)都能滿足量值傳遞和規(guī)程的技術(shù)要求，具體情況需要具體分析，JJG 882-2004附錄D得出的結(jié)論是不完善也是不準(zhǔn)確的。

4 直流電流表的技術(shù)要求和選取

參照J(rèn)JG 882-2004中的表5標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備直流電流表技術(shù)要求：量程0～30mA，準(zhǔn)確度等級(jí)0.01～0.05級(jí)。該規(guī)程只對(duì)直流電流表的準(zhǔn)確度等級(jí)和量程做了要求，并未對(duì)其顯示分辨力或顯示位數(shù)進(jìn)行要求，從而有可能造成直流電流表的選擇不合理。

以JJG 882-2004的附錄D為例分析，直流電流表的最大允許誤差為±(0.02%讀數(shù)+1μA)，即示值誤差不超過(guò)±5μA。標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的最大允許誤差±0.02%FS，若壓力變送器的電流輸出能完全真實(shí)反映標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的壓力輸入，則標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的最大允許誤差對(duì)應(yīng)的電流為±3.2μA，比直流電流表多一位示值。由此分析可得直流電流表的示值輸出位數(shù)不能完全真實(shí)反映標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器的壓力輸入，從而引起測(cè)量準(zhǔn)確度的下降，JJG 882-2004附錄D中直流電流表的選取欠妥。

5 壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)裝置

參照J(rèn)JG 882-2004中的標(biāo)準(zhǔn)器與配套設(shè)備直流電流表技術(shù)要求，給出表1內(nèi)容。

表1 標(biāo)準(zhǔn)儀器與配套設(shè)備

壓力變送器首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)的檢定項(xiàng)目參照J(rèn)JG 882-2004的表6，即表2。

表2 檢定項(xiàng)目

標(biāo)準(zhǔn)器配套合理性。對(duì)于首次檢定針對(duì)未被檢定過(guò)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行的檢定此處不做討論，后續(xù)檢定主要針對(duì)周期檢定和修理后檢定，現(xiàn)根據(jù)表1、2進(jìn)行討論和分析。首先，外觀檢查符合JJG 882-2004的要求即可，不做討論。絕緣電阻的檢定與絕緣電阻表有關(guān)，只要所選的絕緣電阻表符合規(guī)程的技術(shù)要求即可，不存在配套合理性，不做分析。而測(cè)量誤差和回差的檢定，跟被檢壓力變送器、壓力標(biāo)準(zhǔn)器和直流電流表的規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)有關(guān)，不但要滿足JJG 882-2004的要求，還要考慮成套的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器是否組合配套合理，即壓力標(biāo)準(zhǔn)器和直流電流表的配套合理性，若僅滿足JJG 882-2004的要求就會(huì)出現(xiàn)規(guī)程附錄D中的問(wèn)題，大體上看過(guò)去推算和結(jié)果都沒(méi)有問(wèn)題，但仔細(xì)分析卻發(fā)現(xiàn)壓力標(biāo)準(zhǔn)器由于量程精度不能對(duì)其全量限進(jìn)行有效量傳，直流電流表也因顯示位數(shù)不夠直接降低了整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量準(zhǔn)確度，欠妥欠合理。

壓力變送器準(zhǔn)確度等級(jí)的確定一定要符合《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》，此等級(jí)的選擇直接影響到檢定用壓力標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度等級(jí)選擇。壓力變送器量程的確定，要符合《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》，其選擇直接影響到檢定用壓力標(biāo)準(zhǔn)器的量程選擇和壓力變送器實(shí)際使用過(guò)程中的測(cè)量誤差和靈敏度。壓力變送器電流輸出的位數(shù)，沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定對(duì)其要求，但是要滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度的要求，就必定需確定其參數(shù)，該參數(shù)在檢定過(guò)程中直接影響了壓力標(biāo)準(zhǔn)器的輸出壓力情況的真實(shí)完整性，同時(shí)影響了直流電流表的選擇。

壓力標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度等級(jí)的確定，首先要滿足壓力計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖的要求，再則就是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)裝置整體的不確定分析滿足壓力變送器檢定規(guī)程JJG 882-2004的要求，參照以上所述進(jìn)行考慮。壓力標(biāo)準(zhǔn)器量程的確定，根據(jù)被檢壓力變送器的量程選擇并符合壓力計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖的要求即可。

直流電流表準(zhǔn)確度等級(jí)的確定，首先滿足需表1中的技術(shù)要求，再則要符合標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的擴(kuò)展不確定度U95不超過(guò)被檢壓力變送器最大允許誤差絕對(duì)值的1/4；對(duì)0.1級(jí)和0.05級(jí)的被檢壓力變送器，要符合標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的擴(kuò)展不確定度U95不超過(guò)被檢壓力變送器最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。

直流電流表示值位數(shù)的確定，壓力變送器檢定規(guī)程中并未明確要求，但是要滿足直流電流表可以真實(shí)可靠地反映壓力變送器的電流輸出和壓力標(biāo)準(zhǔn)器的壓力輸入，就必須明確這項(xiàng)參數(shù)，從而確保標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度。

由上述分析得出，壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置的配套不是簡(jiǎn)單的整體引入不確定度符合規(guī)程要求就可以，還要根據(jù)被檢壓力變送器的參數(shù)，考慮到每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器是否適用，是否能真實(shí)完整地體現(xiàn)測(cè)量結(jié)果，是否有局限性或是普遍性。做到每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器符合規(guī)程技術(shù)要求并且適用，整體標(biāo)準(zhǔn)裝置符合規(guī)程要求且測(cè)量準(zhǔn)確度較高。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者從壓力變送器量程對(duì)實(shí)際使用的影響、量程精度壓力標(biāo)準(zhǔn)器適用范圍、直流電流表的選取、壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)裝置整體性能4個(gè)部分進(jìn)行了分析和實(shí)例演算，分別得出了相對(duì)應(yīng)的演算結(jié)果和推導(dǎo)結(jié)論：實(shí)際使用壓力變送器時(shí)在設(shè)計(jì)允許情況下量程越小性能越好；當(dāng)壓力標(biāo)準(zhǔn)器的精度類型是量程誤差時(shí)其使用有范圍限制；直流電流表除滿足標(biāo)準(zhǔn)裝置整體性能外還要確保其能真實(shí)反映壓力輸入值；壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)器的配套應(yīng)從被檢定壓力變送器參數(shù)出發(fā)逐一確定標(biāo)準(zhǔn)器參數(shù)并能滿足單個(gè)和整體的要求。