摘 要: 本文介紹了實驗室參加 CNAS 組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證活動情況，對本次能力驗證過程進(jìn)行了分析。按照 JJF 1059. 1 － 2012 《測量不確定度的評定與表示》以及 JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，對各校準(zhǔn)點的各不確定度分量主要來源進(jìn)行分析與評定，根據(jù)壓力變送器校準(zhǔn)的測量模型對其合成不確定度進(jìn)行評定，結(jié)合測量數(shù)據(jù)計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。根據(jù)參比實驗室及參考實驗室的能力驗證數(shù)據(jù)，計算 En值。數(shù)據(jù)表明: 參比實驗室參加能力驗證結(jié)果為滿意。
0 引言
壓力變送器作為壓力計量器具，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防科技工業(yè)、石油化工及精密儀表工業(yè)中。為了確定本單位靜態(tài)壓力實驗室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，保證靜態(tài)壓力量值傳遞的準(zhǔn)確性，我所參加了 CNAS 組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證活動。通過參與本次能力驗證活動，客觀反映了本實驗室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，同時增加了客戶對本實驗室的信心。
1、能力驗證過程概述
本次能力驗證要求參比實驗室依據(jù) JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，按照參比實驗室的校準(zhǔn)和測量能力，對壓力變送器的正行程測量誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。本次能力驗證的樣品信息及校準(zhǔn)點如表 1所示。
1. 1 測量依據(jù)
JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規(guī)程》。
1. 2 環(huán)境條件
溫度 20. 0℃，相對濕度 63% 。
1. 3 計量標(biāo)準(zhǔn)
智能數(shù)字壓力校驗儀( 具備壓力測量功能和電流測量功能，同時提供 DC24V 的電壓輸出) 。壓力測量范圍: ( 0 ～6) MPa，準(zhǔn)確度等級:0. 05 級;電流測量范圍: ( 0 ～ 30) mA，#大允許誤差: ± ( 0. 02% ＲD + 0. 003% FS) 。
1. 4 被測對象
壓力變送器，測量范圍: ( 0 ～ 6) MPa，輸出電流: ( 4 ～ 20) mA。
1. 5 測量過程
按照 JJG 882 － 2019，將樣品和標(biāo)準(zhǔn)器接到壓力泵上，然后按以下步驟進(jìn)行: ( 1) 將標(biāo)準(zhǔn)器和壓力變送器通 電 預(yù) 熱 30min; ( 2 ) 平穩(wěn)升壓至量程上限6MPa 處，保持壓力穩(wěn)定 30s，緩慢降至量程下限; ( 3) 逐 漸 平 穩(wěn) 升 壓，從低壓到高壓逐點測量，在 0MPa、2MPa、4MPa、6MPa 壓力點分別記錄壓力變送器輸出的電流值，然后緩慢泄壓，以此方法重復(fù)測量6 次。
2 測量模型及測量不確定度分析
2. 1 測量模型
ΔI = Id － It
式中: ΔI—壓力變送器輸出電流誤差，mA; Id—壓力變送器實際輸出電流值( 即數(shù)字壓力校驗儀電流檔讀數(shù)值) ，mA; It—輸出電流理論值，mA;
其中:
故測量模型可表示為:
故測量模型可表示為: 式中: P—標(biāo)準(zhǔn)器輸入壓力值，MPa; Im—壓力變送器電流輸出量程，mA; Pm—壓力變送器壓力量程，MPa; I0—壓力變送器輸出起始值，mA。由測量模型可得靈敏系數(shù)為:
2. 2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
2. 2. 1 輸入量 P 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u( P)
輸入量 P 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)器壓力的示值誤差，其#大允許誤差為: ± 0. 05% FS，按均勻分布考慮，則:
2. 2. 2 輸入量Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u( Id )
輸入量 Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源是數(shù)字壓力校驗儀電流檔的示值誤差和測量重復(fù)性。
( 1) 三暢數(shù)字壓力校驗儀電流檔示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u( Id1 )數(shù)字壓力校驗儀電流檔#大允許誤差: ± ( 0. 02% ＲD + 0. 003% FS)按均勻分布考慮，則:
0MPa 校準(zhǔn)點:
2MPa 校準(zhǔn)點:
4MPa 校準(zhǔn)點:
6MPa 校準(zhǔn)點:
( 2) 輸出電流測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u( Id2 )
當(dāng)輸入壓力為 0MPa 時，在重復(fù)性條件下，對正行程連續(xù)測量10 次，得到一組測量值( 單位: mA) 為:
3. 9988、3. 9986、3. 9986、3. 9988、3. 9986、 3. 9984、3. 9984、3. 9986、3. 9988、3. 9984
本次校準(zhǔn)要求對壓力變送器進(jìn)行 6 個正行程的測量，取 6 次測量的平均值作為測量結(jié)果，則:
（由于電流測量分辨力為 0. 0001mA，故由電流測量分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為: 0. 29 × 0. 0001mA = 0. 000029mA，小于由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，故在此不考慮分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。)
以此方法，對 2MPa 點、4MPa 點、6MPa 點分別進(jìn)行重復(fù)性測量，結(jié)果如表 2 所示。
2. 3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度( 見表 3)
2. 4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc( ΔI)
2. 5 擴(kuò)展不確定度的評定
取包含因子 k = 2，則: 0MPa 校準(zhǔn)點: 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00471 = 0. 00942mA 2MPa
校準(zhǔn)點: 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00488 = 0. 00976mA 4MPa
校準(zhǔn)點: 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00511 = 0. 01022mA 6MPa
校準(zhǔn)點: 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00541 = 0. 01082mA
2. 6 測量不確定度的報告與表示
0MPa 校準(zhǔn)點: ΔI = － 0. 001mA，
U = 0. 010mA; k = 2
2MPa 校準(zhǔn)點: ΔI = + 0. 006mA，
U = 0. 010mA; k = 2
4MPa 校準(zhǔn)點: ΔI = + 0. 014mA，
U = 0. 011mA; k = 2
6MPa 校準(zhǔn)點: ΔI = + 0. 023mA，
U = 0. 011mA; k = 2
3 能力驗證結(jié)果評價
3. 1 評價方法
對于實驗室提交的結(jié)果，按照下式計算En值:
式中: XLAB—參比實驗室的結(jié)果; XＲEF—參考值; ULAB—參比實驗室結(jié)果的測量不確定度; UＲEF—參考值的測量不確 定度; ULAB和UＲEF的包含概率均為 95% 。
3. 2 評價準(zhǔn)則
3. 3 本次能力驗證結(jié)果評價
本次能力驗證本實驗室和參考實驗室測量結(jié)果和不確定度如表 4 所示。
由表4 可以看出，本實驗室在 0MPa、2MPa、4MPa、 6MPa4 個校準(zhǔn)點計算出的En值均小于 1，故本實驗室參加壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證結(jié)果為滿意。
4 能力驗證中應(yīng)注意的事項
壓力變送器能力驗證的過程，應(yīng)注意以下三個方面:
( 1) 實驗室環(huán)境: 實驗室應(yīng)具有規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件，同時為使主標(biāo)準(zhǔn)器和樣品達(dá)到熱平衡，樣品到達(dá)后要提前放入實驗室，與主標(biāo)準(zhǔn)器在該環(huán)境條件下穩(wěn)定 2h 以上，以避免樣品溫度與實驗室環(huán)境溫度相差過大而影響校準(zhǔn)結(jié)果。
( 2) 計量標(biāo)準(zhǔn): 本次能力驗證采用的主標(biāo)準(zhǔn)器
為數(shù)字壓力計，由于數(shù)字壓力計的穩(wěn)定性問題，除了對數(shù)字壓力計進(jìn)行周期檢定外，還應(yīng)定期對數(shù)字壓力計進(jìn)行期間核查，以保證標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差在允差范圍內(nèi)。
( 3) 傳壓介質(zhì): 校準(zhǔn)使用氣體介質(zhì)時，氣體應(yīng)清潔干燥; 校準(zhǔn)所使用介質(zhì)為液體時，其運動粘度與酸值等關(guān)鍵指標(biāo)應(yīng)符合檢定規(guī)程要求，校準(zhǔn)所用介質(zhì)不能含有雜質(zhì)，新添加的校準(zhǔn)介質(zhì)應(yīng)放置一段時間后再行使用，以使介質(zhì)溫度與室溫大體一致，避免介質(zhì)溫度對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。
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